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更多>>石英晶體振蕩器穩(wěn)定性的常見誤解
來源：http://www.rxwanggebu.com 作者：康比電子 2019年06月03
Bliley晶振擁有85年制造宇宙最佳高性能頻率控制產(chǎn)品的經(jīng)驗.廣泛的產(chǎn)品系列為市場提供了多功能性,可以在可靠性和成本效益的適當(dāng)平衡的基礎(chǔ)上開發(fā)您的應(yīng)用程序,康比電子這篇文章中,將帶大家了解有關(guān)這些不同類型的振蕩器穩(wěn)定性以及如何管理它們的更多信息.您即將成為管理應(yīng)用中頻率偏移的專家!RF工程師希望得到理想的晶體振蕩器電路.也就是說,石英晶體振蕩器在設(shè)備的整個壽命期間以指定的頻率發(fā)射而沒有任何頻率偏差.不幸的是,理想的電路世界是一種數(shù)學(xué)幻想.
導(dǎo)致石英振蕩器穩(wěn)定性和頻率漂移問題的因素很多.為了盡可能地防止這些問題,牢固地了解精確的頻率穩(wěn)定性將有助于為您提供保持應(yīng)用程序性能最佳的工具.但還有另一個問題......
不幸的是,我們注意到在石英晶體振蕩器穩(wěn)定性方面存在許多誤解.更具體地說,關(guān)于不同類型的穩(wěn)定性問題,往往會有很多常見問題解答,包括......
頻率與溫度穩(wěn)定性
頻率與負載穩(wěn)定性
頻率與供應(yīng)穩(wěn)定性
石英晶體振蕩器穩(wěn)定性的主要因素
振蕩器頻率與溫度的關(guān)系
溫度在我們列表的頂部是因為它是頻率漂移的最重要原因.以十億分之一為單位測量的濕度和壓力可以產(chǎn)生更大的影響,但是這些環(huán)境影響很容易通過氣密密封包裝在真空中或用惰性氣體如氮氣來克服.
溫度是一個更加困難的挑戰(zhàn).溫度的變化會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的頻率漂移達數(shù)十ppm,并且在極端溫度下會進一步惡化.
諸如冷卻風(fēng)扇之類的簡單系統(tǒng)級解決方案對于許多應(yīng)用來說是不實際的,但是可以在振蕩器集成電路(IC)本身中設(shè)計精確控制以感測和補償環(huán)境溫度變化.
正如本電子電路設(shè)計文章所述,對于開發(fā)人員而言,重要的是要了解振蕩器的穩(wěn)定性等級,通常表征為25攝氏度,并不代表元件在整個溫度范圍內(nèi)的精度.好消息是有各種溫度補償振蕩器可用.
TCXO-溫度補償晶體振蕩器有一個內(nèi)部溫度傳感器,IC電路用它來調(diào)節(jié)晶體的頻率.
VCXO-可通過外部施加的電壓調(diào)節(jié)壓控振蕩器頻率.VCXO在頻率調(diào)制(FM)和鎖相環(huán)(PLL)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用.變?nèi)荻O管本質(zhì)上是一個可變電壓電容器,可以對頻率進行電壓控制.
OCXO-烤箱控制的晶體振蕩器是最具彈性的溫度變化.晶體封裝在一個帶有專用電路的外殼中,該電路設(shè)計用于加熱晶體周圍區(qū)域,保持恒定溫度,無需進一步補償漂移.OCXO在正常工作條件下提供最低漂移.
振蕩器頻率與負載
電容負載會影響頻率.晶體振蕩器必須與不同的負載匹配,這可以解釋各種可用的晶振元件.
還必須考慮最大驅(qū)動功率以防止過度驅(qū)動.如果石英晶體經(jīng)常暴露在超過預(yù)期最大功率的過驅(qū)動條件下,它會很快老化.
即使放置在電路板上也會影響電容負載,無論是重新定位晶體本身還是重新布線其他元件.所有這些都是潛在的機械共振源,必須在振蕩器電路設(shè)計過程中加以考慮和測試.
振蕩器頻率與供電
電源負載的改變可能導(dǎo)致有源晶振電路的有效電阻的變化,從而導(dǎo)致頻率漂移.一種解決方案是使用穩(wěn)壓電源,確保輸出電壓始終保持在電源的額定值,而不管設(shè)備消耗的電流.
ADEV-艾倫偏差
AllanVariance和AllanDeviation測量頻率穩(wěn)定性,以數(shù)學(xué)家DavidW.Allan命名,他開發(fā)了測量時鐘,振蕩器和放大器頻率穩(wěn)定性的公式.有趣的事實：我們有幸在整個歷史中與艾倫先生密切合作.
這些設(shè)備中存在兩個相位噪聲分量;白色頻率噪聲和閃爍頻率噪聲,標(biāo)準(zhǔn)偏差無法通過直接可重復(fù)測量解決.ADEV提供了一種有意義地將噪聲形式分離的方法,用于兩個或多個石英晶體振蕩器之間的相位或頻率測量的時間序列.
導(dǎo)致石英振蕩器穩(wěn)定性和頻率漂移問題的因素很多.為了盡可能地防止這些問題,牢固地了解精確的頻率穩(wěn)定性將有助于為您提供保持應(yīng)用程序性能最佳的工具.但還有另一個問題......
不幸的是,我們注意到在石英晶體振蕩器穩(wěn)定性方面存在許多誤解.更具體地說,關(guān)于不同類型的穩(wěn)定性問題,往往會有很多常見問題解答,包括......
頻率與溫度穩(wěn)定性
頻率與負載穩(wěn)定性
頻率與供應(yīng)穩(wěn)定性
石英晶體振蕩器穩(wěn)定性的主要因素
溫度在我們列表的頂部是因為它是頻率漂移的最重要原因.以十億分之一為單位測量的濕度和壓力可以產(chǎn)生更大的影響,但是這些環(huán)境影響很容易通過氣密密封包裝在真空中或用惰性氣體如氮氣來克服.
溫度是一個更加困難的挑戰(zhàn).溫度的變化會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的頻率漂移達數(shù)十ppm,并且在極端溫度下會進一步惡化.
諸如冷卻風(fēng)扇之類的簡單系統(tǒng)級解決方案對于許多應(yīng)用來說是不實際的,但是可以在振蕩器集成電路(IC)本身中設(shè)計精確控制以感測和補償環(huán)境溫度變化.
正如本電子電路設(shè)計文章所述,對于開發(fā)人員而言,重要的是要了解振蕩器的穩(wěn)定性等級,通常表征為25攝氏度,并不代表元件在整個溫度范圍內(nèi)的精度.好消息是有各種溫度補償振蕩器可用.
TCXO-溫度補償晶體振蕩器有一個內(nèi)部溫度傳感器,IC電路用它來調(diào)節(jié)晶體的頻率.
VCXO-可通過外部施加的電壓調(diào)節(jié)壓控振蕩器頻率.VCXO在頻率調(diào)制(FM)和鎖相環(huán)(PLL)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用.變?nèi)荻O管本質(zhì)上是一個可變電壓電容器,可以對頻率進行電壓控制.
OCXO-烤箱控制的晶體振蕩器是最具彈性的溫度變化.晶體封裝在一個帶有專用電路的外殼中,該電路設(shè)計用于加熱晶體周圍區(qū)域,保持恒定溫度,無需進一步補償漂移.OCXO在正常工作條件下提供最低漂移.
電容負載會影響頻率.晶體振蕩器必須與不同的負載匹配,這可以解釋各種可用的晶振元件.
還必須考慮最大驅(qū)動功率以防止過度驅(qū)動.如果石英晶體經(jīng)常暴露在超過預(yù)期最大功率的過驅(qū)動條件下,它會很快老化.
即使放置在電路板上也會影響電容負載,無論是重新定位晶體本身還是重新布線其他元件.所有這些都是潛在的機械共振源,必須在振蕩器電路設(shè)計過程中加以考慮和測試.
振蕩器頻率與供電
電源負載的改變可能導(dǎo)致有源晶振電路的有效電阻的變化,從而導(dǎo)致頻率漂移.一種解決方案是使用穩(wěn)壓電源,確保輸出電壓始終保持在電源的額定值,而不管設(shè)備消耗的電流.
ADEV-艾倫偏差
AllanVariance和AllanDeviation測量頻率穩(wěn)定性,以數(shù)學(xué)家DavidW.Allan命名,他開發(fā)了測量時鐘,振蕩器和放大器頻率穩(wěn)定性的公式.有趣的事實：我們有幸在整個歷史中與艾倫先生密切合作.
這些設(shè)備中存在兩個相位噪聲分量;白色頻率噪聲和閃爍頻率噪聲,標(biāo)準(zhǔn)偏差無法通過直接可重復(fù)測量解決.ADEV提供了一種有意義地將噪聲形式分離的方法,用于兩個或多個石英晶體振蕩器之間的相位或頻率測量的時間序列.
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