可编程振荡器的低抖动技术说明

摘要

固定频率简单封装晶体振荡器（SPXO）的输出频率由内置的晶体单元决定，该晶体单元是专门为每个频率设计和制造的。.  另一方面，可编程SPXO（P-SPXO）可以通过设置PLL电路来自由选择输出频率。与SPXO相比，P-SPXO的前置时间更短，并且可以编程输出用户要求的任何频率。然而，由于PLL电路的影响，P-SPXO与SPXO相比存在抖动劣势。这个

技术说明介绍了爱普生减少抖动和克服这些缺点的努力。

[针对低抖动的开发目标]

一般来说，通过具有较大的SPXO电流消耗的设计，可以获得低抖动特性。这是因为提高了振荡器电路的信号电平的电路设计增加了电流消耗，提高了信噪比（信噪比），并最终改善了噪声引起的抖动。只要

设计是基于这种权衡，电流消耗必须很大，以获得低抖动特性。

为了抵消上述权衡，我们采用了如下公式所示的FoM（业绩图）作为指标。这个方程用“相位抖动”代替了权衡抖动特性和电流消耗

“电力消耗”，并使其正常化。

FoM[dB]=20日志(1(吉)t[(t)s(e)](r)) +10log (1P[(o)mW(wer)])

P-SPXO SG-8101系列具有FoM = -200 dB，我们的SPXO有更好的抖动

性能与泡沫= -240 dB。通过设定减少P-SPXO的FoM的发展目标，它将导致一个

基本的性能改进。我们已经设定了一个新的P-SPXO开发目标，即FoM = -225 dB。这个

对应于我们的低抖动PLL振荡器使用一个整数类型PLL。然而，整数型PLL被限制为内置晶体单元的整数倍。因此，我们设置了FoM的目标，它相当于整数类型PLL，通过使用可以自由设置任何频率的分数数类型PLL。此外，我们的目标是

小型化和高精度，以符合市场趋势和“高效、

紧凑、精确。“具体来说，我们开始开发的目标是减少面积比64 %，并将工作温度范围的上限从+105°C扩大到+125°C

当前SG-8101系列。结果，实现了FoM = -225 dB的目标。我们成功地打破了它

权衡和商业化的小型P-SPXO，SG-8201系列，具有低电流消耗和低抖动

特性

PLL电路当参考时钟

目标频率和输出

由晶体振荡器产生的电流被输入到PLL电路中，它可以根据PLL电路的分频器的分频比进行调整.  

通过PLL电路来找出其中的哪一部分.  

PLL电路引起抖动特性的恶化，其改善将导致抖动特性的实现

开发的目标是：打破抖动特性和当前消耗之间的权衡。

沙痂低抖动技术

VCO是一种振荡器，其频率可由控制电压控制。VCO电路有两种类型，

一个是环VCO，另一个是LC VCO。各自的电路配置如图所示。3和4

环VCO有一个电路配置，其中奇数个逆变器被连接以应用正反馈，

并且通过根据控制电压改变提供给逆变器的电流来控制频率。

电路尺寸较小，电流消耗量较低，但对抖动特性影响较小。我们的P-SPXO SG

8101系列采用环VCO，开发目标是优先考虑小尺寸、低电流消费的特点。另一方面，LC VCO具有由LC谐振振荡的电路配置，并且通过对可变电容电容施加控制电压并改变电容来控制频率。由于LC VCO具有良好的抖动特性，我们试图通过LC VCO来实现开发目标。然而，集成线圈有一个问题，因为它占用了一个较大的集成电路面积相比，一个环VCO。如果线圈设计得更小，电感值也会更小，从而增加VCO的电流消耗。.  为了解决这一问题，我们关注涡流电流由于周围导体产生的涡流导致线圈的Q和电感值降低，我们研究了一种抑制涡流产生的方法。通过使用电磁场模拟器检查各种布线形状，并找到一种使Q值减少最小的设计，线圈占用面积尽可能减少。在我们的FAB制作了一个原型来确认实际IC的效果后，我们发现它是可以使用的

LC VCO，实现了减少的抖动。

实现小精度，高精度，低抖动

我们的开发目标包括“小”和“高精度”，以及低抖动。因此，有必要将其小于SG-8101系列的IC尺寸，以适应SG-开发的目标尺寸

8201系列。图5显示了SG-8101系列和SG-8201系列的方框图。

虽然LC VCO被成功地小型化，但它仍然大于在SG-中使用的环VCO的面积

8101系列，所以有必要将除PLL之外的其他电路小型化。温度补偿电路

占据了仅次于PLL的第二大区域。温度补偿电路是实现该目标的重要因素

高精度，特别是为了适应+ 125°C的较高工作温度。微型化是

这里需要，所以我们决定彻底改变传统的

at切割晶体单元的频率温度特性遵循立方曲线的特性。

温度补偿电路产生一个电压，再现立方曲线并改变

振荡器的频率根据电压来抵消晶体的频率温度特性

单元通过大幅重新考虑产生立方曲线电压的处理流程

温度补偿电路，我们已经实现了电路面积减少了约20 %

确保补偿方案的解决方案。

除了上述技术的发展外，我们还回顾了频率控制的设计

电路和能够进一步优化电路的布局，以减少集成电路的尺寸，并提高抖动。因此，

我们实现了FoM = -225 dB的开发目标，克服了权衡，取得了巨大的效果

在抖动特性和电流消耗之间，并实现了小的和高的精度。

【与传统产品比较]

图6显示了SG-8201系列的相位噪声和相位抖动特性。与SG-8101相比

在系列中，它实现了显著降低的抖动。

总而言之

P-SPXO SG-8201系列具有低抖动特性、尺寸小、精度高等特点

为各种应用程序，并帮助最大化客户产品的产品价值。精工爱普生将继续经营

开发能丰富社会的水晶装置。