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4種提高晶體振蕩器動(dòng)態(tài)相位噪聲性能的方法

來(lái)源：http://eitherspanlaw.com 作者：億金電子 2019年06月10
 
           加速度靈敏度是有源晶體振蕩器對(duì)任何方向施加的外力的固有靈敏度.石英晶體振蕩器在產(chǎn)品中使用至關(guān)重要,可以說(shuō)是提供了我們每天都依賴(lài)的電子設(shè)備的心跳.石英晶振晶體使用比較特別的是,如果施加電壓,石英會(huì)開(kāi)始振動(dòng).不利的一面是,如果施加振動(dòng),石英會(huì)產(chǎn)生電壓.該電壓顯示為相位噪聲是電路產(chǎn)品中的阻力因素.
          該相位噪聲或頻率變化的大小與施加的力或加速度的大小成正比.力越大,晶振頻率不穩(wěn)定性越大,噪聲越大.晶體加速度靈敏度引起的頻率不穩(wěn)定會(huì)影響振蕩器性能的許多方面,例如：ADEV（短期穩(wěn)定性）、相位噪聲性能、RMS相位抖動(dòng).
         數(shù)字通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)的性能可能受到這種振動(dòng)引起的相位噪聲的影響.該錯(cuò)誤將表現(xiàn)為BER（誤碼率）的增加.例如,在多普勒雷達(dá)系統(tǒng)中,由于振動(dòng)引起的能量導(dǎo)致顯著的退化,導(dǎo)致威脅檢測(cè)丟失,使操作員處于危害之中.

        那么對(duì)此情況我們可以做些什么呢？所有石英晶體都表現(xiàn)出一定程度的固有振動(dòng)敏感性.所以問(wèn)題仍然存在.在減少加速度靈敏度對(duì)客戶(hù)系統(tǒng)的影響方面,有許多不同的選擇.
        以下是我們?cè)贐liley晶振集團(tuán)親自申請(qǐng)的一些選項(xiàng)：①適當(dāng)?shù)闹C振器選擇(例如:使用的水晶切割類(lèi)型)②諧振器級(jí)別的振動(dòng)屏蔽(屏幕獲得最佳g靈敏度)③被動(dòng)隔離(機(jī)械阻尼)④電子補(bǔ)償
        上面列出的所有方法都可以在Bliley的晶體振蕩器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn),對(duì)我們的客戶(hù)影響最小.下面一起看看這些操作使用方法.

        1.響應(yīng)選擇,適當(dāng)?shù)木w選擇是迄今為止在動(dòng)態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)更好性能的最簡(jiǎn)單方法.
        切割晶體會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大影響.AT切割晶體廣泛用于許多類(lèi)型的參考時(shí)鐘.研究表明,AT切割晶體的性能幾乎與SC切割晶體一樣好.這篇文章涵蓋了SC在AT中的優(yōu)勢(shì).
        然而,SC切割晶體的整體γ矢量仍然遠(yuǎn)優(yōu)于AT切割晶體.
        晶體安裝結(jié)構(gòu)也對(duì)晶體在振動(dòng)下的表現(xiàn)起著重要作用.有各種采用不同安裝結(jié)構(gòu)的晶振晶體封裝,但我們根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用4點(diǎn)安裝結(jié)構(gòu)的HC35（TO-5）和HC37（TO-8）封裝在抗振性方面具有最高水平.
        通過(guò)將石英晶體固定在4個(gè)位置,我們可以徹底改變封裝的安裝諧振,從而減少對(duì)振動(dòng)下性能的總體影響.今天許多供應(yīng)商仍在HC45型支架中使用2pt安裝座,以及大多數(shù)表面貼裝VCXO壓控晶體振蕩器和TCXO溫補(bǔ)晶體振蕩器封裝中的2 pt懸臂式安裝座.

         2.振動(dòng)篩選
         選擇合適的晶振晶體后,我們可以通過(guò)篩選所有軸的加速度靈敏度來(lái)進(jìn)一步保證客戶(hù)的性能.  通過(guò)在安裝到振蕩器封裝之前預(yù)先篩選晶體,我們可以降低客戶(hù)的成本,并在標(biāo)準(zhǔn)封裝中提供定制解決方案.
         在Bliley晶振集團(tuán),我們通過(guò)誘導(dǎo)具有已知量值的正弦或隨機(jī)力來(lái)進(jìn)行篩選.然后,我們使用相位噪聲分析儀測(cè)量降解.如果使用給定頻率的正弦波形,我們測(cè)量單音引起的雜散.根據(jù)該數(shù)據(jù),我們可以計(jì)算出諧振器的加速度靈敏度.如果對(duì)晶體應(yīng)用隨機(jī)光譜,我們基本上可以測(cè)量振動(dòng)帶寬上的相位噪聲,并根據(jù)給定的PSD計(jì)算g靈敏度.

         3.機(jī)械隔離
         被動(dòng)隔離會(huì)對(duì)參考時(shí)鐘的加速度靈敏度產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響.如果輸入振動(dòng)減小,退化也會(huì)減少.被動(dòng)隔離確實(shí)有其缺點(diǎn),因?yàn)橄到y(tǒng)可能會(huì)變得相當(dāng)大,具體取決于您所隔離的內(nèi)容.
         平臺(tái)的共振頻率也是一個(gè)大問(wèn)題.典型的安裝座可以具有3.5至4的傳遞率,這意味著輸入系統(tǒng)的力將被放大.應(yīng)注意不要超過(guò)系統(tǒng)最大位移,否則可能發(fā)生隔離器損壞.
         這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致我們采用低固有頻率隔離方案.理論上,1Hz以下的隔離結(jié)構(gòu)是理想的,但實(shí)際上由于所需的阻尼機(jī)制和搖擺空間,這些系統(tǒng)非常大.這是電子補(bǔ)償?shù)膩?lái)源......

        4.電子補(bǔ)償
        通過(guò)采用電子補(bǔ)償,我們可以最小化被動(dòng)隔離系統(tǒng)的尺寸,同時(shí)仍然獲得無(wú)源安裝的好處.電子補(bǔ)償還將最小化隔離結(jié)構(gòu)諧振頻率的影響.
        電子補(bǔ)償提供了卓越的結(jié)果,并且可以達(dá)到比標(biāo)準(zhǔn)石英晶體低兩個(gè)數(shù)量級(jí)的振動(dòng)不敏感度.我們使用的典型補(bǔ)償方案可以將振動(dòng)范圍覆蓋到大約500Hz,而隔離結(jié)構(gòu)在大約120Hz時(shí)開(kāi)始衰減.
        這種寬泛的交叉使我們能夠大大提高晶體的性能,并為我們的客戶(hù)提供振動(dòng)免疫參考信號(hào).以下是已討論的以下選項(xiàng)的理論性能基準(zhǔn).該基準(zhǔn)測(cè)試是參考代表性的操作振動(dòng)規(guī)范生成的.
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