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更多>>有源晶振表現的各種不穩定性
來源：http://www.diginow.com.cn 作者：康比電子 2019年03月20
從簡單的XO到銫束頻率標準,可商購的頻率源覆蓋幾個數量級的精度范圍,隨著精度的提高,功率要求,尺寸和成本也會增加.精度和功率要求之間的關系.準確度與成本的關系類似,有源晶振振蕩器的頻率是另一個重要的考慮因素,因為選擇會對成本和性能產生重大影響.在其他條件相同的情況下,標準頻率的振蕩器,例如5MHz或10MHz,制造商已經建立了完善的設計,其成本將低于異常頻率之一.下面康比電子給大家介紹關于有源晶振的老化及表現的各種不穩定性.
振蕩器表現出各種不穩定性.這些包括老化,噪聲和頻率隨溫度,加速度,電離輻射,電源電壓等的變化.術語精度,穩定性和精度通常用于描述振蕩器的不穩定性質量.圖1說明了射手和頻率源的這些術語的含義.(對于神射手,每個彈孔與目標中心的距離是"測量".)
再現性是單頻標準在每次投入運行時產生相同頻率而無需調整的能力.從用戶的角度來看,一旦校準了頻率標準,再現性就具有與有源晶振精度相同的優點.穩定性描述了作為諸如時間,溫度,沖擊等參數的函數的變化量.精度是指一組樣品的給定測量值與該組的平均值一致的程度.(該術語的相關含義用作儀器質量的描述,如"精密儀器".在這種情況下,含義通常被定義為準確和精確,盡管精密儀器也可能不準確,精確,在這種情況下儀器需要校準.)
"老化"和"漂移"偶爾在文獻中可互換使用.但是,國際無線電咨詢委員會(CCIR)認識到"對頻率和時間標準系統的明確規范和描述需要通用術語",于1990年采用了術語和定義詞匯表[16].根據該術語表,老化是"由于石英晶體振蕩器內部變化導致的頻率隨時間的系統變化",漂移是"振蕩器頻率隨時間的系統變化."漂移是由于老化加上環境的變化以及振蕩器外部的其他因素.衰老,而不是漂移,是規范文件中表示的,以及在振蕩器評估期間測量的內容.漂移是人們在應用程序中觀察到的.例如,航天器中振蕩器的漂移可能是由于輻射,航天器中的溫度變化和電源變化引起的老化和頻率變化(代數和).
老齡化可能是積極的還是消極的[17].偶爾會觀察到老化方向的逆轉.在恒定溫度下,老化通常具有與時間近似的對數依賴性.典型的(計算機模擬的)老化行為如圖16所示,其中A(t)是對數函數,B(t)是相同的函數但具有不同的系數.顯示反轉的曲線是其他兩條曲線的總和.逆轉表明存在至少兩種老化機制.振蕩器的老化率在首次打開時最高.當晶體單元的溫度改變時(例如,當OCXO關閉并且稍后打開時),開始新的老化循環.(有關溫度循環影響的其他討論,請參閱下面有關滯后和回掃的部分.)
振蕩器表現出各種不穩定性.這些包括老化,噪聲和頻率隨溫度,加速度,電離輻射,電源電壓等的變化.術語精度,穩定性和精度通常用于描述振蕩器的不穩定性質量.圖1說明了射手和頻率源的這些術語的含義.(對于神射手,每個彈孔與目標中心的距離是"測量".)
圖1射手,頂部和頻率源底部的精度,穩定性和精度示例.
晶振準確度是指給定測量值或一個樣本的一組測量值的平均值與被測量量的定義一致的程度.它是數量的"正確性"程度.頻率標準具有不同程度的準確性.時間和頻率單位的國際系統(SI)(分別為秒和Hz)是在實驗室中使用稱為主要標準的非常精確的頻率標準獲得的.主要標準的運行頻率可根據第二種SI的SI定義計算:"9,192,631,770個輻射周期的持續時間對應于銫原子133"基態的兩個超精細水平之間的過渡.再現性是單頻標準在每次投入運行時產生相同頻率而無需調整的能力.從用戶的角度來看,一旦校準了頻率標準,再現性就具有與有源晶振精度相同的優點.穩定性描述了作為諸如時間,溫度,沖擊等參數的函數的變化量.精度是指一組樣品的給定測量值與該組的平均值一致的程度.(該術語的相關含義用作儀器質量的描述,如"精密儀器".在這種情況下,含義通常被定義為準確和精確,盡管精密儀器也可能不準確,精確,在這種情況下儀器需要校準.)
"老化"和"漂移"偶爾在文獻中可互換使用.但是,國際無線電咨詢委員會(CCIR)認識到"對頻率和時間標準系統的明確規范和描述需要通用術語",于1990年采用了術語和定義詞匯表[16].根據該術語表,老化是"由于石英晶體振蕩器內部變化導致的頻率隨時間的系統變化",漂移是"振蕩器頻率隨時間的系統變化."漂移是由于老化加上環境的變化以及振蕩器外部的其他因素.衰老,而不是漂移,是規范文件中表示的,以及在振蕩器評估期間測量的內容.漂移是人們在應用程序中觀察到的.例如,航天器中振蕩器的漂移可能是由于輻射,航天器中的溫度變化和電源變化引起的老化和頻率變化(代數和).
老齡化可能是積極的還是消極的[17].偶爾會觀察到老化方向的逆轉.在恒定溫度下,老化通常具有與時間近似的對數依賴性.典型的(計算機模擬的)老化行為如圖16所示,其中A(t)是對數函數,B(t)是相同的函數但具有不同的系數.顯示反轉的曲線是其他兩條曲線的總和.逆轉表明存在至少兩種老化機制.振蕩器的老化率在首次打開時最高.當晶體單元的溫度改變時(例如,當OCXO關閉并且稍后打開時),開始新的老化循環.(有關溫度循環影響的其他討論,請參閱下面有關滯后和回掃的部分.)
圖2.計算機模擬的典型老化行為;其中A(t)和B(t)是具有不同系數的對數函數.
有源晶振老化的主要原因是晶體單元的安裝結構中的應力消除,由于污染物的吸附或解吸,諧振器表面的質量傳遞,振蕩器電路的變化,以及可能的石英材料的變化.因為厚度剪切晶體單元(例如AT切割或SC切割)的頻率與晶體板的厚度成反比,并且因為典型的5-MHz板大約為1百萬原子如果層厚,則相當于一個原子石英晶振層質量的污染物的吸附或解吸使頻率改變約1ppm.因此,為了實現低老化,必須在超潔凈,超高真空環境中制造晶體單元并密封.截至1992年,對于廉價的XO,典型市售晶體振蕩器的老化速率為每年5ppm至10ppm,TCXO為每年0.5ppm至2ppm,OCXO為每年0.05ppm至0.1ppm.最高精度的OCXO晶振可以在10中老化幾個部分每天12次,即每年少于0.01ppm.
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