石英晶体振荡器准确度和功率要求之间的关系

康比电子该篇文章接下来的讨论适用于宽温度范围的频率标准(即,那些设计为在跨越至少90%的温度范围内工作的标准).在更窄的温度范围内运行的实验室设备比下面的对比设备具有更好的稳定性.商用频率源涵盖几个数量级的精度范围——从简单的X0到铯束频率标准.随着精度的提高,功率需求,尺寸和成本也在增加.例如,图33显示了精度和功率要求之间的关系.精确度和成本是相似的

图32.由于氯含量变化,补偿频率随温度的变化;温度补偿晶体振荡器(TCXO)微调效应

图33.准确度和功率要求之间的关系(X0:简单石英晶体振荡器,TCXO:温度补偿晶体振荡器,OCXO:炉控晶体振荡器,RB:铷频标,CS:铯束频标).

频率标准的特性.

表2给出了原子振荡器的特性:铷和铯频率标准以及铷晶体振荡器(RbXO).在原子频率标准中,输出信号频率由两种原子状态之间的能量差决定,而不是由块状材料的某些特性决定(如石英振荡器).RbXO是一种适用于功率可用性有限,但需要原子频率标准精度的应用的设备.它由铷频标,低功率,高稳定性晶体振荡器和控制电路组成,控制电路将晶体振荡器的频率调整到铷频标的频率.铷标准周期性地开启(例如,一周一次),持续几分钟,以预热和校正晶体振荡器的频率.有了RbXO,就可以用晶体振荡器的低(平均)功率要求来达到铷标准的长期稳定性.

7个频率控制设备

选择振荡器时需要回答的主要问题包括:

1.系统正常运行需要什么样的频率精度或再现性?

2.这种精度必须保持多久,即振荡器将定期校准或更换,还是有源晶振振荡器必须在系统寿命期间保持所需的精度?

3.有足够的电源吗,或者振荡器必须用电池工作吗?

4.允许什么样的预热时间(如果有的话)?

5.振荡器必须在什么样的极端环境下工作?

6.短期稳定性(相位噪声)要求是什么?

7.尺寸限制是什么?

表2显示了显著性的比较

关于第二个问题,什么成本应该被最小化:初始采购成本还是生命周期成本?通常,重新校准的成本远远高于能够提供无校准寿命的振荡器的附加成本.更好的振荡器也可以简化系统的设计.

振荡器的频率是另一个重要的考虑因素,因为选择会对成本和性能产生重大影响.在其他条件相同的情况下,标准频率(如5或10兆赫)的振荡器(制造商对此已有成熟的设计)的成本将低于不寻常频率(如8.34289兆赫)中的一个频率.此外,对于厚度剪切晶振(如AT切割和SC切割),频率越低,老化的[频率越低.由于在远低于5MHz的频率下,厚度剪切晶体变得太大,不利于经济制造,并且由于所有最高稳定性的振荡器都使用厚度剪切晶体,因此市场上可买到的最高稳定性石英晶体振荡器的频率为5MHz.这种振荡器在载波附近也具有最低的相位噪声能力.市场上也有一些出色的lo-MHz振荡器;然而,频率远高于10MHz的振荡器比5MHz的振荡器在载波附近具有明显更高的老化速率和相位噪声水平.对于远离载波的最低相位噪声,其中信噪比决定噪声电平,高频晶体(例如10Hz)可以提供较低的噪声,因为这种晶体可以容忍较高的驱动电平,从而允许较高的信号电平.