芯耀
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在5G通信技術(shù)飛速發(fā)展的時代，5G基站作為核心基礎(chǔ)設(shè)施，其性能的優(yōu)劣直接影響著整個通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。晶振作為5G基站中的關(guān)鍵器件，對基站的頻率穩(wěn)定性、信號傳輸質(zhì)量等起著至關(guān)重要的作用。
5G基站對晶振的要求
（一）高精度頻率穩(wěn)定度
5G通信采用了更高的頻段和更復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)，如毫米波頻段和正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。這些技術(shù)對頻率的精度和穩(wěn)定度提出了極高的要求。頻率的偏差會導(dǎo)致信號的相位噪聲增大、信道間干擾加劇，從而降低通信的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率。為了保證多個基站之間以及基站與終端之間的精確同步，晶振必須提供高精度的頻率基準。
（二）低相位噪聲
相位噪聲是衡量晶振頻率信號純度的重要指標，它表示信號在相位上的隨機波動。在5G通信中，低相位噪聲對于提高信號的解調(diào)靈敏度、降低誤碼率至關(guān)重要。特別是在密集的無線通信環(huán)境中，周圍存在大量的電磁干擾，低相位噪聲的晶振能夠更好地抵抗干擾，保證信號的質(zhì)量。
（三）寬溫度范圍適應(yīng)性
5G基站通常部署在戶外環(huán)境，面臨著極端的溫度變化。從寒冷的北方到炎熱的南方，溫度范圍可能從-40℃到+85℃甚至更高。晶振需要在這樣寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的頻率輸出，以確?；驹诟鞣N惡劣環(huán)境下都能正常工作。
（四）高可靠性和長壽命
5G基站的建設(shè)和維護成本較高，要求設(shè)備具有高可靠性和長壽命。晶振作為易損器件，需要具備良好的抗振動、抗沖擊性能，以及穩(wěn)定的長期頻率漂移特性，以減少基站的維護和更換頻率。
5G基站選擇±10ppm晶振的原因
（一）ppm的含義及晶振精度分類
ppm（partspermillion）是衡量晶振頻率精度的常用單位，表示每百萬個周期中頻率的偏差量?！?0ppm意味著晶振的頻率偏差在標稱頻率的百萬分之十以內(nèi)。根據(jù)晶振的精度不同，可分為普通精度晶振（如±20ppm、±50ppm）、高精度晶振（如±10ppm、±5ppm）和超高精度晶振（如±1ppm以下）。
（二）5G基站對頻率精度的需求
在5G通信中，為了實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的頻率同步和高效的頻譜利用，需要基站之間保持精確的時間和頻率同步。例如，在時分雙工（TDD）模式下，基站的上下行時隙需要嚴格同步，否則會導(dǎo)致上下行信號的干擾。此外，5G的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)需要多個天線之間的精確相位同步，這也對晶振的頻率精度提出了更高的要求。經(jīng)過實際測試和工程驗證，±10ppm的晶振能夠滿足5G基站在正常工作環(huán)境下的頻率精度需求，在保證通信質(zhì)量的同時，具有較好的性價比。
（三）與其他精度晶振的對比
與普通精度晶振相比，±10ppm晶振具有更高的頻率精度和穩(wěn)定性，能夠更好地適應(yīng)5G基站對頻率同步和信號質(zhì)量的要求。雖然超高精度晶振的頻率精度更高，但成本也大幅增加，而且在大多數(shù)5G基站的應(yīng)用場景中，±10ppm已經(jīng)能夠滿足需求，因此無需過度追求更高的精度。同時，±10ppm晶振在溫度穩(wěn)定性、相位噪聲等方面也具有較好的性能，能夠在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
低相噪技術(shù)解析
（一）相位噪聲的定義和產(chǎn)生原因
相位噪聲是指信號在傳輸過程中，由于各種噪聲源的影響，導(dǎo)致信號相位發(fā)生隨機波動的現(xiàn)象。這些噪聲源包括晶振內(nèi)部的熱噪聲、電源噪聲、機械振動噪聲以及外部的電磁干擾等。相位噪聲可以用相位噪聲譜密度來表示，單位為dBc/Hz，表示在偏離載波頻率一定偏移處的噪聲功率與載波功率的比值。
（二）低相噪技術(shù)的重要性
在5G通信中，低相噪技術(shù)對于提高信號的解調(diào)性能、降低誤碼率具有重要意義。特別是在高調(diào)制階數(shù)的情況下，如256QAM、1024QAM等，信號的星座點之間的距離較小，相位噪聲的影響更加明顯。低相噪的晶振能夠提供更純凈的頻率信號，減少相位噪聲對信號解調(diào)的干擾，從而提高通信的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，低相噪技術(shù)還能夠降低相鄰信道之間的干擾，提高頻譜的利用率。
（三）實現(xiàn)低相噪的技術(shù)手段
1.優(yōu)化晶振設(shè)計
- 采用高品質(zhì)的晶體材料：晶體材料的品質(zhì)因數(shù)（Q值）越高，晶體的損耗越小，相位噪聲越低。因此，選擇高Q值的石英晶體或其他新型晶體材料是實現(xiàn)低相噪的關(guān)鍵。
- 改進晶體的切割和封裝工藝：合理的晶體切割角度和封裝結(jié)構(gòu)能夠減少晶體的機械振動噪聲和外部干擾的影響，提高晶振的穩(wěn)定性和相位噪聲性能。
- 優(yōu)化振蕩電路設(shè)計：振蕩電路的設(shè)計對晶振的相位噪聲有著重要影響。采用低噪聲的放大器、合理的匹配網(wǎng)絡(luò)和濾波電路，能夠減少電路中的噪聲干擾，提高振蕩信號的純度。
2.采用恒溫控制技術(shù)
溫度變化是導(dǎo)致晶振頻率漂移和相位噪聲增大的重要因素之一。恒溫控制晶振（OCXO）通過將晶體保持在恒定的溫度環(huán)境中，能夠顯著提高晶振的頻率穩(wěn)定性和相位噪聲性能。在5G基站中，雖然恒溫控制會增加一定的功耗和成本，但對于對相位噪聲要求較高的場景，如中心基站、骨干網(wǎng)基站等，OCXO是一種常用的選擇。
3.數(shù)字信號處理技術(shù)
利用數(shù)字信號處理技術(shù)對晶振輸出的頻率信號進行相位噪聲抑制和頻率校準。例如，通過鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)對晶振的輸出信號進行鎖定和濾波，能夠有效降低相位噪聲；通過數(shù)字濾波和自適應(yīng)算法對頻率偏差進行實時校準，提高頻率的精度和穩(wěn)定性。
4.降低電源噪聲和電磁干擾
電源噪聲和電磁干擾是外部噪聲源中對晶振相位噪聲影響較大的因素。采用低噪聲的電源供電、良好的電源濾波和接地設(shè)計，以及對晶振進行電磁屏蔽，能夠減少外部噪聲對晶振的干擾，提高晶振的相位噪聲性能。
5G基站選擇±10ppm晶振是由其對高精度頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲、寬溫度范圍適應(yīng)性和高可靠性的需求決定的?！?0ppm晶振在保證通信質(zhì)量的同時，具有較好的性價比，能夠滿足大多數(shù)5G基站的應(yīng)用場景。低相噪技術(shù)作為提高晶振性能的關(guān)鍵技術(shù)，通過優(yōu)化晶振設(shè)計、采用恒溫控制技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和降低外部噪聲等手段，能夠有效降低相位噪聲，提高信號的純度和可靠性。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，對晶振的性能要求也將不斷提高，未來需要進一步研究和開發(fā)更高性能的晶振和低相噪技術(shù)，以滿足5G通信以及未來6G技術(shù)的發(fā)展需求。
