从简单的XO到铯束频率标准,可商购的频率源覆盖几个数量级的精度范围,随着精度的提高,功率要求,尺寸和成本也会增加.精度和功率要求之间的关系.准确度与成本的关系类似,有源晶振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,标准频率的振荡器,例如5MHz或10MHz,制造商已经建立了完善的设计,其成本将低于异常频率之一.下面康比电子给大家介绍关于有源晶振的老化及表现的各种不稳定性.
振荡器表现出各种不稳定性.这些包括老化,噪声和频率随温度,加速度,电离辐射,电源电压等的变化.术语精度,稳定性和精度通常用于描述振荡器的不稳定性质量.图1说明了射手和频率源的这些术语的含义.(对于神射手,每个弹孔与目标中心的距离是"测量".)

图1射手,顶部和频率源底部的精度,稳定性和精度示例.

晶振准确度是指给定测量值或一个样本的一组测量值的平均值与被测量量的定义一致的程度.它是数量的"正确性"程度.频率标准具有不同程度的准确性.时间和频率单位的国际系统(SI)(分别为秒和Hz)是在实验室中使用称为主要标准的非常精确的频率标准获得的.主要标准的运行频率可根据第二种SI的SI定义计算:"9,192,631,770个辐射周期的持续时间对应于铯原子133"基态的两个超精细水平之间的过渡.
再现性是单频标准在每次投入运行时产生相同频率而无需调整的能力.从用户的角度来看,一旦校准了频率标准,再现性就具有与有源晶振精度相同的优点.稳定性描述了作为诸如时间,温度,冲击等参数的函数的变化量.精度是指一组样品的给定测量值与该组的平均值一致的程度.(该术语的相关含义用作仪器质量的描述,如"精密仪器".在这种情况下,含义通常被定义为准确和精确,尽管精密仪器也可能不准确,精确,在这种情况下仪器需要校准.)
"老化"和"漂移"偶尔在文献中可互换使用.但是,国际无线电咨询委员会(CCIR)认识到"对频率和时间标准系统的明确规范和描述需要通用术语",于1990年采用了术语和定义词汇表[16].根据该术语表,老化是"由于石英晶体振荡器内部变化导致的频率随时间的系统变化",漂移是"振荡器频率随时间的系统变化."漂移是由于老化加上环境的变化以及振荡器外部的其他因素.衰老,而不是漂移,是规范文件中表示的,以及在振荡器评估期间测量的内容.漂移是人们在应用程序中观察到的.例如,航天器中振荡器的漂移可能是由于辐射,航天器中的温度变化和电源变化引起的老化和频率变化(代数和).
老龄化可能是积极的还是消极的[17].偶尔会观察到老化方向的逆转.在恒定温度下,老化通常具有与时间近似的对数依赖性.典型的(计算机模拟的)老化行为如图16所示,其中A(t)是对数函数,B(t)是相同的函数但具有不同的系数.显示反转的曲线是其他两条曲线的总和.逆转表明存在至少两种老化机制.振荡器的老化率在首次打开时最高.当晶体单元的温度改变时(例如,当OCXO关闭并且稍后打开时),开始新的老化循环.(有关温度循环影响的其他讨论,请参阅下面有关滞后和回扫的部分.)

图2.计算机模拟的典型老化行为;其中A(t)和B(t)是具有不同系数的对数函数.

有源晶振老化的主要原因是晶体单元的安装结构中的应力消除,由于污染物的吸附或解吸,谐振器表面的质量传递,振荡器电路的变化,以及可能的石英材料的变化.因为厚度剪切晶体单元(例如AT切割或SC切割)的频率与晶体板的厚度成反比,并且因为典型的5-MHz板大约为1百万原子如果层厚,则相当于一个原子石英晶振层质量的污染物的吸附或解吸使频率改变约1ppm.因此,为了实现低老化,必须在超洁净,超高真空环境中制造晶体单元并密封.截至1992年,对于廉价的XO,典型市售晶体振荡器的老化速率为每年5ppm至10ppm,TCXO为每年0.5ppm至2ppm,OCXO为每年0.05ppm至0.1ppm.最高精度的OCXO晶振可以在10中老化几个部分每天12次,即每年少于0.01ppm.

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