振荡器(射频经典知识之振荡器)

Posted 2023-05-27

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振荡器(射频经典知识之振荡器)

振荡器是所有射频系统的核心部件，其性能直接影响到系统中几乎所有其他元件的性能，并对最终的数据精度产生决定性的影响。振荡器的功能非常简单(至少在理论上是这样)。它只是创造一个纯正的正弦波，如下图所示。

图1 理想振荡器的频域和时域波形

理想与实际振荡器

跟任何其他元件一样，实际器件和理想器件有相当大的差距。理想的性能和现实的振荡器的性能如下所示。在右边，你可以看到三种不同频率的振荡器。第一个(顶部)图显示了最常见的非理想(不想要的)问题。最高的中心峰值是我们想从振荡器中得到的，但是中心峰周围所有其他的小峰值，都是我们不想要的。在这种情况下，这些小峰值之间的间隙似乎是相当稳定的，这至少可以给我们一些线索来排除故障。第二张(中间)图显示了中心峰周围有许多小峰，有些峰似乎处于相似的间隙中，有些现在也是。中心峰值周围的频率响应不是很对称，第三幅图(底部)显示了中心峰值沿频率轴放大。理想振荡器的中心峰值应该显示非常尖锐的（不管你怎么放大它），但这一个显示了一种扩大的裙边，因为它下降到峰值的底部。这是由振荡器的相位噪声引起的，这是每个人都想避免的，但不可能完全消除。

图2 理想振荡器和实际振荡器的频谱显示

理想振荡器和现实振荡器之间，还有一个重要的区别。它是关于振荡器的频率随温度的变化。每个人都想要一个频率根本不随温度变化的振荡器，如左图所示。但这种振荡器只存在于我们的想法中，而不是现实中。现实中的振荡器显示了温度的频率响应，如右图所示。说明了频率随温度的变化，这种频率变化对通信系统的性能有很大的影响。有几种技术来补偿这种频率变化(例如，锁相环，温补控制等) ，但几乎不可能完全消除这些频率变化。

图3 温度对振荡频率的影响

振荡器有很多种不同的类型。如果你破坏任何一个电子产品，你会看到振荡器(a)~(d)。如果拆开一些需要高频率精度零件的电子设备，你会看到像(f) ~ (g)这样的振荡器，称为 ocxo (烘箱控制晶体振荡器)。如果你看到(j) ~ (l)这样的产品，它看起来不像是一个振荡器，但我把它们也归类为振荡器，因为它们的功能基本上和我们通常看到的振荡器一样。这些被称为’磁控管’ ，通常用于微波炉或非常大功率的发射机，如雷达系统。

图4 振荡器实物展示

面试常问的小问题：

1，怎样理解相位噪声？

参考答案：在时域波形来看，就是非规律出现的时钟抖动，在频域显示的时候不管出现的概率是多少，都会在频域体现出来；而如果信号周期固定偏移，那就是频偏而不是是相位噪声了。所有的时钟抖动都体现在图2右图中的相位噪声图中。

2，在通讯系统中，和振荡器密切相关的参数有哪些？

频率误差，相位误差，EVM等参数和振荡器密切相关。

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