相位噪声是石英晶体振荡器主要的技术指标之一,它对通信和雷达设备的好坏有着很大的影响,所以对晶振相位噪声的研究在高稳定低相躁晶体振荡器的设计中的主要考虑原因因素之一.石英晶体振荡器的的指标包括噪声指标,其中噪声指标是最主要的,非噪声指标可以再解决噪声指标的同时一并考虑.下面康比电子提供有源晶振老化及相位噪声测试技术,仅供参考.
相位噪声测试
为了获得准确的结果,必须采取一些预防措施.
a.电源电压必须具有低噪声.应避免使用开关电源装置(PSU).建议使用电池操作.建议使用大于100°F的高电容阻断电容.
b.电子频率控制(EFC)输入对噪声非常敏感,因为它直接调制石英晶体振荡器级.因此,控制电压(VC)必须来自极低噪声的DC源,最好是电池.
一些相位噪声测试仪器提供了合适的来源.控制电压应通过屏蔽(同轴)电缆连接.
如果振荡器包括参考电压(VREF)输出,强烈建议根据段落5b中所示的电路从中导出控制电压.
可选地,VC输入可以连接到接地引脚.
c.为避免干扰来自环境的虚假响应,建议将被测器件(DUT)放置在电磁屏蔽机柜中.
d.由于其固有的压电性,振荡器中的晶振单元是对任何机械振动都非常敏感.因此,被测振荡器不应与测试设备放在同一张桌子上,因为它的振动是由风扇和变压器引起的.
e.如果必须测量非常低的噪声基底水平,必须注意测试仪器的噪声基底足够低,相关度足够高(在互相关测试模式下).
8.短期稳定性试验
短期稳定性的推荐衡量标准是所谓的Allan偏差(ADEV)或重叠Allan偏差(OADEV).
由于内部插值过程,使用现代高分辨率计数器可能会导致错误的结果.
为了避免干扰和触发错误,必须采取以下预先警告:
-在测试设置中避免接地回路
-使用相位稳定电缆
-测量的信号必须具有快速上升和下降时间,并且具有较低的附加抖动和滞后.
-对于电源电压和控制电压的有源晶振有同样的考虑相位噪声测量应考虑在内(见第7段).
-环境温度必须尽可能稳定.隔热强烈推荐环境和气流.声学噪声和必须严格避免振动.
-在这种情况下,被测振荡器的电磁屏蔽可能是必要的振荡器的更高电磁灵敏度.
在计算分析之前,应检查数据集的一致性.异常值,即相位或频率跳变,应该被识别和去除,如果可以确定的话,这些异常值是由外部影响引起的,而不是由信号发生器引起的.
在开始数据采集之前,振荡器必须在较长的稳定时间内持续工作.恒温晶振(OCXO)比其他振荡器类型(SPXO,VCXO和TCXO)需要更长的稳定时间.根据经验,稳定的标准值应该不少于12小时,对于参考测量,被测振荡器应该稳定至少24小时
9.频率老化试验
有源晶振应保持在规定的温度,公差和稳定性下持续30天.插入烘箱后,应允许振荡器与室内空气温度平衡.然后,在开始测量采集周期之前,振荡器应通电并稳定1小时.振荡器的初始频率应在稳定周期(1小时)后立即测量,此后间隔不超过72小时(每30天周期允许96小时的最大间隔除外)至少30天.老化温度应为+70°C或最高指定工作温度,以较低者为准.
插入烘箱后,温补晶振应在开始测量采集之前在老化温度下稳定48小时(除非另有规定).每台机组的频率应在稳定期后立即测量,然后每周至少测量四次,间隔至少20小时.
a .非温度稳定振荡器的老化试验
-开机至少一个小时.
-参考温度下频率的初始测量值,例如25°c.
-储存在烤箱中,温度为85°c或TBD,但不高于最高工作温度.
-1,2,5,10,20天后的中间测量.
-进行测量,从烤箱中取出振荡器,存放在房间里温度保持1小时以避免温度冲击
-测量参考温度下的频率
-频率@参考温度30天后的最终测量
OCXO晶振老化试验
-OCXO保持室温
-开机至少两个小时.
-中频测量频率,每周5次( AXTAL :一次每小时).
-30天后,最终测量了频率.
-从第3天开始,对数据进行数据拟合和评估.
所获得的测量值应使用最小二乘法拟合以下函数之一:

其中f(t)是有源晶振的频率,在老化周期开始后的t天,a0,a1,a2是由最小二乘拟合确定的常数.指定周期结束时的总频率变化和老化速率应使用最小二乘拟合确定的常数根据上述等式确定.
一段时间内预计的总频率变化应使用以下公式计算:

其中f(t)是老化近似值a)或b)之一,其中拟合参数a0,a1和a2以及d0是老化测试的最后一天加上30天.
注:
通常使用相对频率f/f(以ppm或ppb为单位)来代替频率f(以Hz为单位).
10.根据MIL-PRF-55310进行筛选
对高可靠性贴片晶振振荡器进行100%筛选测试.对于高可靠性空间应用,采用屏蔽等级S,对于其他高可靠性应用,采用屏蔽等级B.
对于1类振荡器(离散技术)和3类振荡器(混合技术),筛选程序包括以下步骤:

试验	级别S	乙级
随机振动	MIL-STD-202,甲基.214秒.I-B,5分钟/轴	不适用
热冲击	MIL-STD-202,甲基.107秒.A-1	MIL-STD-202,甲基.107秒.A-1
电气试验: 输入电流/功率输出波形输出电平	十	不适用不适用不适用
老化(负载)	最大240小时.工作温度	最大160小时.工作温度
电气试验: 输入电流/功率输出波形输出电平	十	不适用不适用不适用
密封试验	MIL-STD-202,甲基.112	MIL-STD-202,甲基.112
射线照相	MIL-STD-202,甲基.209	不适用

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