NDK用于音响的具有超低相位噪声的OCXO的特长

1.关于DuCULoN的背景
为了准确再现高分辨率声源(*1)，您需要提高数字/模拟转换器(DAC)处理的高分辨率数据的精度，这可能会导致声音质量下降。据说这种DAC的精度取决于所提供的主时钟信号的特性。随着高分辨率声源分辨率的提高，主时钟信号源需要具有低相位噪声特性的振荡器。
我们将DuCULoN(双晶超低噪声OCXO)商业化，作为具有超低相位噪声特性的高分辨率音频的OCXO晶体振荡器。本节介绍降低DuCULoN相位噪声的技术。

(*1):高分辨率音频
为了数字化模拟信号，以恒定的频率进行采样。为了再现尽可能接近原声的声音，需要提高采样频率和比特率。与CD声源相比，目前的高分辨率声源提高了采样频率和比特率，使数字化的声音更接近原始声音。

2.通过DuCULoN降低相位噪声
在设计DuCULoN以降低噪声时，我们专注于改善可听范围(20 Hz至20 kHz)内的相位噪声响应，这被认为是对音质最有效的方法。图1显示了DuCULoN的简化低相位噪声电路。低噪声电路设计使用两个高品质因数的晶体单元。通过窄带滤波器(X-tal 2)传递由图1所示的Amp.1和X-tal 1组成的振荡器环路输出的信号，可以降低相位噪声特性。

图1 DuCULoN低相位噪声电路配置

图2示出了具有不同频带的三个滤波器的衰减特性。
除了LC滤波器之外，普通小型单片晶体滤波器(MCFs)的带宽太宽，无法在可听波段实现很小的滤波。
因此，DuCULoN采用了高品质因数的晶体单元作为窄带滤波器，具有图2中红线所示的衰减特性。
这与用作谐振器的大尺寸晶体单元相同。

图2典型滤波器衰减特性

图3显示了DuCULoN的内部结构。用于谐振器和滤波器的高品质因数晶体单元位于OCXO石英晶振内部的中心。
这里，除非图1中包括X-tal 1的振荡环路中的振荡频率与包括X-tal 2的滤波器的中心频率匹配，否则不能获得期望的低相位噪声特性。
因此，在DuCULoN内部，两个高品质因数晶体单元的位置和温度控制电路被设计成均匀加热晶体单元，从而提高温度稳定性。
此外，当增加窄带滤波器时，整个电路的阻抗得到优化。

图3杜库龙的内部结构

图4示出了根据DuCULoN和传统OCXO之间的差异的滤波特性估计的相位噪声特性。可以估计，通过从大约10 Hz的频率偏移改进窄带滤波器，10 kHz的频率偏移改进了大约10 dB。然后，在本底噪声区域，可以预期达到-175 dBc/Hz。
这样，可以使用两个晶体单元信号来显著降低可听波段的噪声，因此它们被称为DuCULoN(双晶体超低噪声OCXO)。

图4杜克龙和常规OCXO相位噪声特性的比较(估计值)

3.近载波噪声与基底噪声的关系
图5示出了当在传统OCXO中改变晶体谐振器的驱动电平时的相位噪声特性。当驱动电平随着颜色变暗而增加时，这会导致相位噪声响应。

图5驱动电平和相位噪声特性之间的关系

为了改善地板噪音，通常提高晶体单元的驱动电平。
这提高了信号电平，从而降低了C/N(载波噪声比),改善了本底噪声。
另一方面，由于晶体单元中的非线性效应，增加驱动电平会增加失真，这降低了晶体单元的品质因数。
结果，载波附近的噪声将恶化。因此，众所周知，近载波噪声和基底噪声相对于驱动电平的幅度具有折衷。
图5中的图表也显示了这种权衡关系。DuCULoN不使用这种折衷，具有以下附加电路:

4.杜库龙电路的优点

图6有和无DuCULoN窄带滤波器时的相位噪声特性(实际测量值)

图6示出了实际DuCULoN中有和没有窄带滤波器的实际测量相位噪声特性。
从图4中估计的结果可以看出，窄带滤波器的效果出现在可听波段。
DuCULoN(蓝线)的地板噪音区域的咔哒声形式是由于它接近测量仪器的测量极限。
与图4的不同之处在于，近载波噪声也具有更好的DuCULoN特性。未滤波OCXO石英晶体振荡器的设计考虑了近载波噪声和基底噪声之间的权衡。
相比之下，DuCULoN振荡环路的设计优先考虑近载波噪声。
换句话说，由于DuCULoN由于窄带滤波器的作用将基底噪声改善到极限，即使驱动电平没有增加，振荡环路的设计也可以调整驱动电平以优化近载波噪声。

5.未来前景
在解释DuCULoN的低相位噪声特性时，总是强调低本底噪声特性。
然而，基于前面的讨论，可以看出，DuCULoN具有显著的优势，即近载波噪声和基底噪声平衡良好且噪声低。
未来，除了DuCULoN降噪技术之外，我们打算通过重新考虑可以最大化晶体单元品质因数的振荡电路配置来实现更低的相位噪声。
此外，我们正在考虑将10MHz低噪声OCXO和100MHz高频OCXO作为强调近载波噪声特性的标准信号源。