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在晶體振蕩電路中，三極管、二極管和電阻、電容、電感等元件都存在噪聲，其中以產(chǎn)生振蕩信號(hào)的三極管噪聲影響最大;而電感、電容等元件，在噪聲分析中，可近似為無(wú)噪聲元件口。在放大器上加正反饋元件構(gòu)成振蕩器時(shí)，噪聲將對(duì)振蕩器信號(hào)進(jìn)行調(diào)制而形成白噪聲調(diào)相、白噪聲調(diào)頻和閃變?cè)肼曊{(diào)相、閃變?cè)肼曊{(diào)頻等噪聲模式。

　　根據(jù)LESSON模型分析，晶體振蕩器的相位噪聲與晶體振蕩電路的有載品質(zhì)因數(shù)(Q)值密切相關(guān)，有載Q值越高，相位噪聲惡化的程度越低。因此在低相噪晶振設(shè)計(jì)中，通常圍繞如何提高有載Q值開(kāi)展研究。晶體振蕩電路的有載Q值主要由振蕩電路中晶體諧振器自身Q值以及所采用的振蕩電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所決定。晶體諧振器自身的Q值受限于晶體制作工藝，不可能無(wú)限制提升，因此如何進(jìn)一步提升晶體諧振器在振蕩電路中的有載Q值是低相噪晶振設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　常用的晶體振蕩電路主要有并聯(lián)反饋型振蕩電路和串聯(lián)反饋型振蕩電路。并聯(lián)振蕩電路中，晶體諧振器工作在串、并聯(lián)諧振頻率之問(wèn)，晶體呈感性;常用的并聯(lián)振蕩電路包括皮爾斯電路和考畢茲電路。串聯(lián)振蕩電路是將晶體串聯(lián)在正反饋電路中，晶體諧振器工作在串聯(lián)諧振頻率，晶體呈純阻性。常用的串聯(lián)振蕩電路通常為巴特勒電路。

　　要提高晶體諧振器在電路的有載Q值，必須選取有載Q值匹配相對(duì)較好的振蕩電路形式。晶體的有載Q值為：

　　式中：L為晶體等效電感;R為晶體等效電阻;R為晶體負(fù)載電阻。

　　由于電路中的電阻損耗，電路中晶體諧振器有載Q值通常比晶體諧振器自身絕對(duì)Q值小。為使Q值損耗最小，應(yīng)盡量使晶體的R最小，以便整個(gè)電路的Q值不會(huì)因負(fù)載電阻而顯著惡化。在皮爾斯電路和考畢茲電路等并聯(lián)振蕩電路中，晶體分別接在三極管的集電極和基極，等效負(fù)載相對(duì)較大;而在巴特勒串聯(lián)振蕩電路中，晶體諧振器串接在發(fā)射極來(lái)提供高頻負(fù)反饋，等效負(fù)載電阻小，有載Q值相對(duì)于前兩種電路有一定優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，采用并聯(lián)振蕩電路還需要加入晶體諧振器的B模抑制網(wǎng)絡(luò)，會(huì)進(jìn)一步降低晶體諧振器Q值。因此，理論上高頻振蕩器采用串聯(lián)振蕩電路能達(dá)到比并聯(lián)振蕩電路更低的噪聲，在電路中具有良好的有載Q值。

　　2.仿真分析

　　電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定后，在參數(shù)設(shè)計(jì)上，需進(jìn)行充分的仿真驗(yàn)證。對(duì)晶體振蕩器設(shè)計(jì)的仿真，重點(diǎn)要解決晶體諧振器和晶體管的建模問(wèn)題，其次就是對(duì)振蕩電路結(jié)構(gòu)的選擇，從而對(duì)晶體振蕩器的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，并對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

　　依據(jù)理論分析，為保證低相位噪聲水平，振蕩電路選擇了有載Q值良好的巴特勒串聯(lián)振蕩電路。在巴特勒電路中晶體串接在主振放大器的發(fā)射極，它提供高頻負(fù)反饋，而接在電路輸出端的電容分壓器提供正反饋。晶體諧振器在振蕩電路中工作在自身的串聯(lián)諧振頻率上，起到對(duì)諧振頻率進(jìn)行高(選頻的作用)。巴特勒振蕩電路的交流等效圖如圖1所示。

　　圖1 等效電路圖

　　采用段，對(duì)上述振蕩電路進(jìn)行仿真分析。圖2為采用諧波平衡仿真分析得到的相噪仿真結(jié)果。

　　圖2 相位噪聲仿真結(jié)果

　　結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)巴特勒電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將振蕩信號(hào)直接從石英諧振器引出，這樣可以充分利用晶體諧振器的高Q值選頻特性。改進(jìn)后的巴特勒振蕩電路交流等效圖如圖3所示。