晶振作为电子设备中的时间和频率基准源，其输出信号质量会直接影响系统性能。在高速通信、精密测量、雷达定位、导航系统等应用中，不仅需要晶振具有较高的频率精度，还需要较低的噪声水平。低噪声振荡器主要通过优化晶体、电路结构以及输出设计，减少振荡器内部噪声对输出时钟信号的影响，从而提高短期频率稳定度。

晶振噪声通常从两个维度进行衡量：

从频域来看，对应参数为相位噪声（Phase Noise）；

从时域来看，对应参数为抖动（Jitter）。

时间和频域之间存在倒数关系：

Time = 1 / Frequency

因此，相位噪声和抖动实际上是从不同角度描述晶振短期稳定性的指标。

晶振噪声的主要来源

晶振相位噪声的形成主要受到三个区域因素影响。

A区：晶体本身因素

晶体本身的品质因数Q值（Quality Factor）是影响相位噪声的重要因素。Q值越高，代表晶体损耗越低，振荡能量保持能力越强，频率稳定性越好。石英晶体的Q值与以下因素有关：

晶体材料品质；

晶片切割方式；

晶体结构设计；

加工工艺。

不同切型的石英晶体具有不同的频率特性。

- AT切晶体是目前应用最广泛的切型之一；

- SC切晶体采用应力补偿切割方式，具有更好的温度特性和长期稳定性。

AT切和SC切晶体的等效串联电阻（ESR）可能较为接近，但由于SC切具有应力补偿特性，因此在高精度应用中通常具有更优秀的相位噪声表现。SC切晶体常用于高性能OCXO恒温晶振等对短期稳定度要求较高的应用。

B区：外围振荡电路因素

晶体本身并不是独立工作的，需要与振荡IC以及外围匹配电路共同形成稳定振荡。外围电路会直接影响晶振输出信号质量。影响因素包括振荡IC噪声、电源噪声、负载电容匹配、反馈电阻、输出缓冲电路设计。如果电路设计不合理，即使晶体本身性能优秀，也可能导致输出相位噪声增加。因此，在设计晶振应用电路时，需要综合考虑晶体参数和IC要求。

C区：输出信号因素

输出端产生的噪声主要与信号处理和输出方式有关。振荡器输出通常包括：CMOS方波输出、LVDS差分输出、LVPECL差分输出、正弦波输出。不同输出形式具有不同的噪声特性。例如CMOS输出驱动能力强，但由于边沿变化较快，会产生较丰富的谐波；差分输出抗干扰能力更强，适用于高速通信系统；正弦波输出谐波较低，更适合低噪声应用。因此，在选择晶振输出形式时，需要结合系统对噪声和信号完整性的要求。

如何设计低噪声晶振？

选择高Q值晶体

降低晶振噪声首先需要选择性能优良的石英晶体。

高Q值晶体具有：

更低损耗；

更高频率稳定性；

更好的短期稳定度；

更低相位噪声。

对于高精度应用，例如通信基站、卫星导航、测试仪器等，通常会选择高性能晶体以及OCXO、低噪声TCXO等产品。

合理控制激励电平

激励电平表示晶体工作时受到的驱动功率。适当提高激励电平，可以增加振荡信号强度，提高信噪比，从而改善短期频率稳定度。但是，激励电平不能无限提高。如果驱动功率过大，会导致：

晶体振幅增加；

晶体内部温度升高；

频率稳定性下降；

晶片长期可靠性降低。

因此，需要根据晶体规格书中的Drive Level范围进行设计，使晶体工作在最佳状态。在无源晶振应用中，可以通过调整串联电阻Rd控制激励电平，避免晶体过驱动。

低噪声晶振应用领域

低噪声晶振主要应用于对频率稳定性和信号质量要求较高的领域，例如：

无线通信设备；

卫星导航系统；

雷达系统；

精密测试仪器；

高速数据通信；

频率基准设备。

这些应用不仅关注频率误差ppm，还需要关注：

相位噪声；

抖动；

短期稳定度；

长期老化；

温度稳定性。

降低晶振噪声需要从晶体、电路和输出三个方面综合优化。选择高Q值晶体可以降低晶体自身噪声；合理设计振荡电路可以减少外围电路影响；优化输出方式可以提高信号完整性。对于高精度应用，需要根据系统需求选择合适的晶振类型，例如低噪声XO、TCXO、OCXO等。KOAN晶振提供多种石英晶体谐振器、晶体振荡器、温补晶振以及恒温晶振产品，可根据客户应用需求提供频率控制方案、晶振选型及技术支持。