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1. 背景 关于 DuCULoN®
  为了准确再现高解析音源^(*1)，需要提高由数模转换器（DAC）处理的高解析数据的精度，因为DAC的精度取决于所提供的主时钟信号的特性。高解析音源的分辨率越高，主时钟信号源就越需要具备低相位噪声特性的晶体振荡器。本公司已将具备超低相位噪声特性的高解析音频用OCXO----DuCULoN®（Dual Crystal Ultra Low Noise OCXO）实现产品化。这里将介绍DuCULoN®的低相位噪声技术。

^(*1): 高解析音频
为了将模拟信号数字化，需要以一定频率进行采样。要尽可能忠实于原音再现，就需要提高采样频率和比特率。当前的高解析音源与CD音源相比，采样频率和比特率均得到提升，可以更接近原音地实现数字化。

2. 通过 DuCULoN®方式实现低相位噪声
在DuCULoN®的低噪声设计中，重点针对被认为对音质最有效的可听频段（20Hz～20kHz）的相位噪声特性改善。图1示意了DuCULoN®的简易低相位噪声电路，使用了2个高Q值的晶体谐振器的低噪声电路设计。由Amp.1和X-tal 1构成的振荡环路输出信号通过窄带滤波器（X-tal 2），即可降低相位噪声特性。

图1．DuCULoN®的低相位噪声电路构成

图2显示了3种不同带宽滤波器的衰减特性。无论是LC滤波器还是一般的小型单片晶体滤波器（MCF），带宽都过宽，几乎无法在可听频段产生滤波效果。因此，DuCULoN®采用了图2中红线所示的具有衰减特性的高Q值的晶体谐振器作为窄带滤波器。这种晶体谐振器与作为振荡器使用的器件相同，为大尺寸器件。

图2．一般滤波器的衰减特性

图3显示了DuCULoN®的内部结构示意。用于振荡器和滤波器的高Q值晶体谐振器被配置在OCXO内部的中央。在此，若振荡环路（含X-tal 1）的振荡频率与滤波器（含X-tal 2）的中心频率不一致，则无法获得理想的低相位噪声特性。因此，在DuCULoN®内部，通过优化2个高Q值晶体谐振器的配置和温控电路，使其均匀加热，提高温度稳定度。同时，还对加入窄带滤波器后的整体电路阻抗进行了优化。

图3．DuCULoN®的内部结构图

图4显示了由滤波器特性推定的DuCULoN®与传统OCXO的相位噪声特性差异。从偏移频率10Hz开始，窄带滤波器的改善效果显现，在偏移频率10kHz处可见约10dB的改善。预计在底噪区域可达到 -175dBc/Hz。由此可见，通过使用两个晶体谐振器，可以在可听频段实现大幅的低噪声改善，因此命名为DuCULoN®（Dual Crystal Ultra Low Noise OCXO）。

图4．DuCULoN®与传统OCXO相位噪声特性的比较（推定值）

3. 载波邻近噪声与底噪的关系
图5显示了改变传统OCXO中的晶体振荡器的驱动功率时的相位噪声特性。是随着颜色变深，驱动功率变大时的相位噪声特性结果。

图5．驱动功率与相位噪声特性的关系

改善底噪的一般方法是增加晶体谐振器的驱动功率。随着信号电平的增加，C/N（载噪比）降低，底噪得以改善。但同时，由于驱动功率增大，晶体谐振器的非线性效应所致的失真增加，Q值劣化，结果导致载波邻近噪声恶化。由此可知，载波邻近噪声与底噪之间存在驱动功率上的权衡关系。从图5的曲线中也能确认这种权衡。DuCULoN®不采用这种权衡方式，而是搭载了如下所示的另一电路。

4. DuCULoN®电路的优势

图6．DuCULoN® 有/无窄带滤波器的相位噪声特性（实测值）

图6显示了实际DuCULoN®在有无窄带滤波器情况下的相位噪声实测值。正如图4推定的结果，在可听频段能看到窄带滤波器的效果。DuCULoN®（蓝线）在底噪区域出现的波动，是由于接近测量仪器的极限值所致。与图4不同的是，载波邻近噪声方面DuCULoN®的特性也更加优异。无滤波器的OCXO在设计时需考虑载波邻近噪声与底噪的权衡关系；而DuCULoN®的振荡环路设计则将载波邻近噪声置于最优先。也就是说，DuCULoN®无需增大驱动功率，也能通过窄带滤波器效果极限改善底噪，因此其振荡环路可以专注于优化载波邻近噪声的驱动功率调整。

5. 未来展望
在说明DuCULoN®的低相位噪声特性时，常常强调其低底噪特性。然而，结合上述讨论，可以看出DuCULoN®最大的特点在于其能够兼顾载波邻近噪声与底噪的低噪声化。未来，我们将在DuCULoN®的低噪声技术基础上，重新研究能够最大限度发挥晶体谐振器Q值的电路结构，以实现更进一步的低相位噪声化。同时，还将针对作为基准信号源而重视载波邻近噪声特性的10MHz低噪声OCXO，以及100MHz高频OCXO展开研究。