石英晶體振蕩器的老化
晶振老化是因?yàn)樵谏a(chǎn)石英晶體的時(shí)候存在應(yīng)力、污染物、殘留氣體、結(jié)構(gòu)工藝缺陷等問題。應(yīng)力要經(jīng)過一段時(shí)間的變化才能穩(wěn)定,一種叫“應(yīng)力補(bǔ)償”的晶體切割方法(SC切割法)使晶體有較好的特性。
頻率元件石英晶振系列跟大多數(shù)電子元件,器件一樣,都會(huì)有一定的老化過程。就說晶振方面,本身是屬于頻率元件,隨著時(shí)間越久頻率就會(huì)相差越大,一般情況下石英晶體振蕩器本身的偏差大概是在1年5ppm的范圍。這樣的偏差還是正常環(huán)境中的正常誤差,有個(gè)別一些環(huán)境誤差相對(duì)來說就會(huì)更大了,比如在極冷的天氣和到炎熱的環(huán)境頻率的誤差相對(duì)就會(huì)比較大。
污染物和殘留氣體的分子會(huì)沉積在晶體片上或使晶體電極氧化,振蕩頻率越高,所用的晶體片就越薄,這種影響就越厲害。這種影響要經(jīng)過一段較長的時(shí)間才能逐漸穩(wěn)定,而且這種穩(wěn)定隨著溫度或工作狀態(tài)的變化會(huì)有反復(fù)——使污染物在晶體表面再度集中或分散。因此,頻率低的晶振比頻率高的晶振、工作時(shí)間長的晶振比工作時(shí)間短的晶振、連續(xù)工作的晶振比斷續(xù)工作的晶振的老化率要好。
石英晶體振蕩器頻率的老化率:在恒定的環(huán)境條件下測量頻率時(shí),振蕩頻率和時(shí)間之間的關(guān)系。這種長期頻率漂移是由石英晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的,因此,其頻率偏移的速率叫老化率,可用規(guī)定時(shí)限后的最大變化率(如±10ppb/天,加電72小時(shí)后),或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))來表示。
說明:TCXO晶振的頻率老化率為:±0.2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情況,TCXO石英晶體振蕩器很少采用每天頻率老化率的指標(biāo),因?yàn)榧词乖趯?shí)驗(yàn)室的條件下,溫度變化引起的頻率變化也將大大超過溫度補(bǔ)償有源晶振每天的頻率老化,因此這個(gè)指標(biāo)失去了實(shí)際的意義)。OCXO晶振的頻率老化率為:±0.5ppb~±10ppb/天(加電72小時(shí)后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。
KDS晶振的輸出頻率受到內(nèi)部電路的影響(晶體的Q值、元器件的噪音、電路的穩(wěn)定性、工作狀態(tài)等)而產(chǎn)生頻譜很寬的不穩(wěn)定。測量一連串的頻率值后,用阿倫方程計(jì)算。相位噪音也同樣可以反映短穩(wěn)的情況(要有專用儀器測量)。
短穩(wěn):短期穩(wěn)定度,觀察的時(shí)間為1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。
重現(xiàn)性:定義:晶振經(jīng)長時(shí)間工作穩(wěn)定后關(guān)機(jī),停機(jī)一段時(shí)間t1(如24小時(shí)),開機(jī)一段時(shí)間t2(如4小時(shí)),測得頻率f1,再停機(jī)同一段時(shí)間t1,再開機(jī)同一段時(shí)間t2,測得頻率f2。重現(xiàn)性=(f2-f1)/f2。
說明:石英晶體振蕩器VC-TCXO晶振頻率壓控范圍頻率響應(yīng)為0~10kHz。
頻率壓控線性:與理想(直線)函數(shù)相比的輸出頻率-輸入控制電壓傳輸特性的一種量度,它以百分?jǐn)?shù)表示整個(gè)范圍頻偏的可容許非線性度。
說明:典型的VC-TCXO頻率壓控線性為:≤±10%,≤±20%。簡單的VC-TCXO頻率壓控線性計(jì)算方法為(當(dāng)頻率壓控極性為正極性時(shí)):
頻率壓控線性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%
fmax:VCXO在最大壓控電壓時(shí)的輸出頻率
fmin:VCXO在最小壓控電壓時(shí)的輸出頻率
f0:壓控中心電壓頻率
單邊帶相位噪聲£(f):偏離載波f處,一個(gè)相位調(diào)制邊帶的功率密度與載波功率之比。
輸出波形:從大類來說,輸出波形可以分為方波和正弦波兩類。
頻率壓控范圍:將頻率控制電壓從基準(zhǔn)電壓調(diào)到規(guī)定的終點(diǎn)電壓,石英晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。
說明:基準(zhǔn)電壓為+2.5V,規(guī)定終點(diǎn)電壓為+0.5V和+4.5V,壓控石英晶振在+0.5V頻率控制電壓時(shí)頻率改變量為-2ppm,在+4.5V頻率控制電壓時(shí)頻率改變量為+2.1ppm,則VCXO電壓控制頻率壓控范圍表示為:≥±2ppm(2.5V±2V),斜率為正,線性為+2.4%。
壓控頻率響應(yīng)范圍:當(dāng)調(diào)制頻率變化時(shí),峰值頻偏與調(diào)制頻率之間的關(guān)系。通常用規(guī)定的調(diào)制頻率比規(guī)定的調(diào)制基準(zhǔn)頻率低若干dB表示。
方波主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)鐘上的,表晶體,32.768K振蕩器對(duì)方波主要有輸出電平、占空比、上升/下降時(shí)間、驅(qū)動(dòng)能力等幾個(gè)指標(biāo)要求。
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