在電子產(chǎn)品中穩(wěn)定性好始終是標(biāo)準(zhǔn)的要求之一,頻率元件更是這樣,多年來晶體制造商不斷研究提高晶體晶振穩(wěn)定性的方法,目前這項技術(shù)已然成熟.有源石英晶振的穩(wěn)定性普遍都能達到中高端產(chǎn)品的要求,同時滿足低電壓電流,低功耗,低電平,小體積等設(shè)計要求.但是對于部分模塊產(chǎn)品來說,常見的振蕩器穩(wěn)定性仍然需要挑戰(zhàn).
任何RF工程師面臨的核心挑戰(zhàn)之一是保持晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性.在一個理想的世界中,振蕩器會無限期地以所需的頻率進行傳輸而沒有偏差.當(dāng)然,我們并沒有生活在理想的世界中,頻率漂移在許多應(yīng)用中都是一個真正的問題.有許多因素會導(dǎo)致石英晶體振蕩器偏離正確的頻率,但這不是一個不可克服的問題,工程師可以采取各種方法來提高穩(wěn)定性.在本文中,我們將討論保持晶體振蕩器高度穩(wěn)定性的方法.

穩(wěn)定性,漂移以及它們?yōu)楹稳绱酥匾?/span>

在此上下文中,穩(wěn)定性被定義為振蕩器在給定的時間跨度內(nèi)保持一致的固定頻率的能力.振蕩器越穩(wěn)定,它就越可靠,在通信和雷達等應(yīng)用中,穩(wěn)定性至關(guān)重要.晶體振蕩器的穩(wěn)定性喪失表現(xiàn)為漂移,這種現(xiàn)象會降低性能并導(dǎo)致許多技術(shù)甚至法律問題,具體取決于應(yīng)用.
在RF工程中,術(shù)語漂移用于描述信號隨時間的精確度的變化,這可能由諸如濕度和溫度的環(huán)境因素引起.由電路長時間工作引起的熱量也會對穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響,因為它會改變電感器,電阻器和電容器等元件的值.其他因素包括振蕩器工作電壓的變化,機械振動等.與實現(xiàn)石英晶振持久穩(wěn)定性相關(guān)的主要挑戰(zhàn)之一是,在許多情況下,振蕩器可能已經(jīng)使用多年,然后才會出現(xiàn)漂移跡象,并且可能會持續(xù)很長一段時間.
大多數(shù)人遇到的漂移的一個簡單例子是當(dāng)FM或AM無線電臺的頻率漂移到相鄰頻率時,導(dǎo)致干擾來自其他電臺的其他廣播.這對于聽眾而言是令人討厭的,并且可能導(dǎo)致監(jiān)管機構(gòu)(例如FCC)對于未能解決其頻率穩(wěn)定性問題的站點的問題,特別是如果它已經(jīng)漂移到其操作非法的帶寬中.
在宏觀方案中,這是頻率穩(wěn)定性不足可能導(dǎo)致的那種問題的一個很小的例子.然而,當(dāng)你處理復(fù)雜的通信,雷達,定位,導(dǎo)航和計時系統(tǒng)時,賭注要高得多.想想圍繞自動駕駛汽車的所有炒作;穩(wěn)定性對于這些系統(tǒng)至關(guān)重要,因為用于引導(dǎo)這些車輛的SPXO晶體振蕩器中的顯著漂移可能具有潛在的致命后果.
保持晶體振蕩器穩(wěn)定性的解決方案
如上所述,這不是一個理想的世界;沒有完美的振蕩器在任何時候都保持100％穩(wěn)定.但是可以采取措施來提高穩(wěn)定性并最大限度地減少漂移的破壞性影響.采取的正確方法在每種情況下都會有所不同.例如,利用淹沒電容器和調(diào)節(jié)電路的電源可以幫助減輕漂移并保持穩(wěn)定性.將電路與機械振動隔離也是防止振動失去有源晶振穩(wěn)定性的簡單而有效的方法.
但是,保持晶體振蕩器穩(wěn)定性和最小化漂移的最佳方法是首先為您的應(yīng)用選擇最佳設(shè)計.某種形式的溫度控制或補償可以防止環(huán)境溫度以及電路元件產(chǎn)生的熱量對穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響高質(zhì)量溫度補償(TCXO晶振)和烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)產(chǎn)生的頻率比暴露在環(huán)境溫度下的晶體振蕩器穩(wěn)定得多.工程師還應(yīng)確保晶體切割本身針對內(nèi)部工作溫度進行了優(yōu)化.
晶體振蕩器的定期校準(zhǔn)是一個好主意-根據(jù)應(yīng)用的不同,需要的頻率會有所不同,但每6-12個月是一個常見的時間表.這些類型的振蕩器的缺點之一是它們通常比傳統(tǒng)的振蕩器消耗更多的功率.這導(dǎo)致了新一代高性能,低功耗晶體振蕩器的發(fā)展,這些振蕩器能夠保持強大,穩(wěn)定的頻率,并且比以前的設(shè)計具有更低的功率要求.
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