安卓|电子技术知识: 四种晶体振荡器的工作原理介绍( 二 )


频率稳定度:任何晶振 , 频率不稳定是的 , 程度不同而已 。 一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2 。 图中表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳 。
曲线1是用0.1秒测量的情况 , 表现了晶振的短稳;曲线3是用100秒测量的情况 , 表现了晶振的漂移;曲线4 是用1天测量的情况 。 表现了晶振的老化 。
频率温度稳定度:在标称电源和负载下 , 工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的允许频偏 。
ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)
ftref =±MAX[|(fmax-fref)/fref| , |(fmin-fref)/fref|

ft:频率温度稳定度(不带隐含基准温度)
ftref:频率温度稳定度(带隐含基准温度)
fmax :规定温度范围内测得的频率
fmin:规定温度范围内测得的频率
fref:规定基准温度测得的频率
说明:采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的晶体振荡器故ftref指标的晶体振荡器售价较高 。
开机特性(频率稳定预热时间):指开机后一段时间(如5分钟)的频率到开机后另一段时间(如1小时)的频率的变化率 。 表示了晶振达到稳定的速度 。 这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用 。
说明:在多数应用中 , 晶体振荡器是长期加电的 , 然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机 , 这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到(尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台 , 当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃) , 采用OCXO作为本振 , 频率稳定预热时间将不少于5分钟 , 而采用MCXO只需要十几秒钟) 。
频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时 , 振荡器频率和时间之间的关系 。 这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的 , 因此 , 其频率偏移的速率叫老化率 , 可用规定时限后的变化率(如±10ppb/天 , 加电72小时后) , 或规定的时限内的总频率变化(如:±1ppm/(年)和±5ppm/(十年))来表示 。
晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题 。 应力要经过一段时间的变化才能稳定 , 一种叫“应力补偿”的晶体切割方法(SC切割法)使晶体有较好的特性 。
污染物和残留气体的分子会沉积在晶体片上或使晶体电极氧化 , 振荡频率越高 , 所用的晶体片就越薄 , 这种影响就越厉害 。 这种影响要经过一段较长的时间才能逐渐稳定 , 而且这种稳定随着温度或工作状态的变化会有反复——使污染物在晶体表面再度集中或分散 。 因此 , 频率低的晶振比频率高的晶振、工作时间长的晶振比工作时间短的晶振、连续工作的晶振比断续工作的晶振的老化率要好 。
说明:TCXO的频率老化率为:±0.2ppm~±2ppm(年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情况 , TCXO很少采用每天频率老化率的指标 , 因为即使在实验室的条件下 , 温度变化引起的频率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化 , 因此这个指标失去了实际的意义) 。 OCXO的频率老化率为:±0.5ppb~±10ppb/天(加电72小时后) , ±30ppb~±2ppm(年) , ±0.3ppm~±3ppm(十年) 。
短稳:短期稳定度 , 观察的时间为1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒 。
晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而产生频谱很宽的不稳定 。 测量一连串的频率值后 , 用阿伦方程计算 。 相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有专用仪器测量) 。
重现性:定义:晶振经长时间工作稳定后关机 , 停机一段时间t1(如24小时) , 开机一段时间t2(如4小时) , 测得频率f1 , 再停机同一段时间t1 , 再开机同一段时间t2 , 测得频率f2 。 重现性=(f2-f1)/f2 。