一种改善相位噪声的晶体振荡器电路的制作方法

本发明属于射频振荡器，具体地说，是涉及一种改善相位噪声的晶体振荡器电路。

背景技术：

1、众所周知，低噪声石英晶体振荡器广泛应用于测试测量、无线电通讯、导航定位、雷达、火控、电子对抗等领域，是这些电子信息设备的“心脏”，其指标性能决定了电子星系设备的性能。不断提高晶体振荡器性能特别是相位噪声指标一直是业内从业人员努力的方向。

2、现有低相位噪声晶体振荡器一般采用串联谐振电路，在这类电路中，石英晶体谐振器工作于串联谐振模式，可以等效为一个电阻。串联谐振晶体振荡器典型的电路如图2所示的巴特勒电路（cn 202713232 u）， 其电路结构中采用“π”型移相网络201实现180°移相，与晶体管q200一起满足振荡所需的相位条件和增益条件。在采用高q石英晶体谐振器并适当提高谐振器激励功率的情况下，一般可获得优于-175dbc/hz的本底相位噪声。专利cn115498962b给出的超低相位噪声振荡器电路均采用类似的串联谐振方案，石英谐振器在电路中均工作在串联谐振频率（图3中的fs），等效为纯电阻特性。

3、为实现更低的相位噪声指标，串联谐振电路一般需要较强的激励功率，为保证老化等频率稳定性指标，在工程实践中通常采用具有应力补偿特性的双旋转切型sc切石英晶体谐振器。由于sc切晶体谐振器的工艺和加工难度，其成本一直居高不下，远高于传统使用的at切晶体谐振器。

4、传统低成本晶体振荡器电路中广泛采用并联谐振电路如pierce（皮尔斯）振荡电路和colpitts（考毕兹）振荡电路。在该类电路中，晶体谐振器工作于并联谐振模式（图3中的fp），在电路中等效为一个高q电感。图1为典型的皮尔斯振荡电路。该类电路中整个并联谐振区域均可以激励起稳定的振荡，可以选用能承受强激励的sc切晶体谐振器，也可选用更低成本的at切晶体谐振器。电路整体设计简单、振荡可靠，可以实现更低的成本。但限于电路拓扑结构，传统的并联谐振电路很难实现更低的相位噪声指标，如文献《一种高频低相噪晶体振荡器电路的设计》(压电与声光，第28卷第3期，2006，p256-p259)采用典型的皮尔斯电路，理论仿真和实际测试显示，采用传统皮尔斯并联谐振能达到的相位噪声很难实现优于-170dbc/hz的本底相位噪声指标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改善相位噪声的晶体振荡器电路，主要解决现有并联谐振电路很难实现更低的相位噪声指标的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种改善相位噪声的晶体振荡器电路，包括主振激励电路，与主振激励电路相连的反馈电路和阻抗匹配电路，与反馈电路相连的调频电路，与调频电路相连的射极耦合放大电路，与射极耦合放大电路相连的输出匹配滤波电路，以及为主振激励电路和射极耦合放大电路分别供电的第一供电电路、第二供电电路。

4、进一步地，在本发明中，所述主振激励电路包括射频晶体管q400，串联后一端与射频晶体管q400的发射极相连且另一端接地的电阻r400、电阻r401，以及并联于电阻r401两端的旁路电容c402；其中，射频晶体管q400的集电极与阻抗匹配电路相连，射频晶体管q400的基极与第一供电电路和反馈电路相连。

5、进一步地，在本发明中，所述反馈电路包括一端经电容c405与射频晶体管q400的基极相连的晶体谐振器y400，以及一端与射频晶体管q400的基极相连且另一端接地的电容c403；其中，晶体谐振器y400的另一端与调频电路相连。

6、进一步地，在本发明中，所述调频电路包括与晶体谐振器y400的另一端相连的调频电感l403，负极与调频电感l403的另一端相连的变容二极管d400，串联后一端与变容二极管d400的负极相连且另一端接地的电阻r407、电容c408，一端与电阻r407、电容c408的公共端相连且另一端连接到外部电压控制端efc的电阻r405，以及一端与变容二极管d400的正极相连且另一端接地的电阻r408；其中，变容二极管d400的正极还与射极耦合放大电路相连。

7、进一步地，在本发明中，所述射极耦合放大电路包括发射极经电容c409与二极管d400的正极相连的射频晶体管q401，串联后一端与射频晶体管q401的发射极相连且另一端接地的电阻r409、电感l404，以及并联于电感l404两端的旁路电容c410；其中，射频晶体管q401的集电极与输出匹配滤波电路和第二供电电路相连；所述射频晶体管q401的基极与阻抗匹配电路相连。

8、进一步地，在本发明中，所述阻抗匹配电路包括一端与射频晶体管q400的集电极相连的电感l402、电容c401，一端与电感l402的另一端相连且另一端与电容c401的另一端相连的电感l401，串联后一端与电感l401、电感l402的公共端相连且另一端接地的电感l400、电容c400，以及串联后一端与电感l401、电感l402的公共端相连且另一端与射频晶体管q401的基极相连的电容c407、电阻r410。

9、进一步地，在本发明中，所述输出匹配滤波电路包括隔直电容c412、电感l407、电容c416、电感l406、电容c414和电感l408、电容c415；其中，隔直电容c412一端连接到射频晶体管q401的集电极，一端依次通过电感l407、电容c416连接到射频输出端rfout，在电感l407两端，分别通过电感l406、电容c414和电感l408、电容c415构成的并联lc电路连接到地。

10、进一步地，在本发明中，所述第一供电电路包括一端与射频晶体管q400的基极相连的电阻r403、电阻r404，与电阻r403的一端相连的电阻r402、电容c404，一端与电容c404的另一端相连且另一端与电阻r402的一端相连的电容c406，以及一端与电阻r402的另一端相连且另一端接vcc的电阻r406；其中，电阻r404的另一端接地，电容c406、电容c404的公共端接地，电阻r406、电阻r402的公共端与电感l401、电容c401的公共端相连。

11、进一步地，在本发明中，所述第二供电电路包括一端与射频晶体管q401的集电极相连的电感l405，并联于电感l405两端的电容c411，与电感l405的另一端相连的电阻r411、电阻r413，一端与电阻r411的另一端相连且另一端接地的电阻r412，以及一端与电感l405、电阻r411的公共端相连且另一端接地的电容c413；其中，电阻r412的非接地端还与c407、电阻r410的公共端相连，电阻r413的另一端接电源vcc。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、（1）本发明电路中的晶体谐振器等效为一个高q电感，工作于频率范围更宽的并联谐振区域，能激励更加可靠的稳定振荡，同时振荡电路具有更宽的频率调整范围。

14、（2）本发明主振激励电路采用发射极交流接地的共射放大器，整体电路设计简洁。

15、（3）本发明电路中谐振器工作在并联谐振模式，对sc切型和at切型的石英晶体谐振器均适用，电路适应性更广。采用at切晶体谐振器时以实现低成本，具备更强的竞争优势。

16、（4）本发明电路中振荡信号直接由晶体谐振器网络取出，可以充分利用晶体谐振器的高q窄带选频特性，实现极低相位噪声的射频信号，采用本电路结构可以实现比传统低相噪晶体振荡器更优秀的相位噪声指标。

17、（5）本发明信号输出级放大电路采用发射极耦合放大电路，振荡所需的正反馈信号由放大级晶体管发射极输入，从基极取出，反馈至主振激励晶体管集电极，可以稳定振荡激励功率，在保证低相位噪声指标的同时，实现较宽的频率调节范围，提高频率稳定性。