硬核干货!提高石英晶体振荡器相位噪声性能的4种方法

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硬核干货!提高石英晶体振荡器相位噪声性能的4种方法

作者:扬兴晶振
日期:2021年02月01日 16:08
浏览量:870

  石英振荡器确实提供了我们所有人每天都依赖的电子设备的心跳。石英的有用之处在于,如果施加电压,石英将开始振动。不利的一面是,如果施加振动,石英会产生电压。该电压显示为相位噪声,并且是真正的阻力。
 

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  相位噪声或频率变化的大小与施加的力或加速度成正比。力越大,频率不稳定性越大,噪声越大。

  由于晶体的加速度敏感性而引起的频率不稳定性会影响振荡器性能的许多方面,例如:

  ●短期稳定性

  ●相位噪声性能

  ●相位抖动

  这种振动引起的相位噪声会影响数字通信系统和RF系统的性能。该错误将表现为误码率的增加。

  所有石英晶体都表现出一定程度的固有振动敏感性。所以问题仍然存在。该怎么办?要使加速度敏感性对客户系统的影响最小化,有许多可解决的方法。

  1.正确选择谐振器

  晶体的切割会对整个系统的性能产生很大的影响。AT切割晶体广泛用于许多类型的参考时钟。研究表明,AT切割晶体的性能几乎与SC切割晶体相同。但是,SC切割晶体的总体伽马矢量仍远优于AT切割晶体。

 

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  晶体安装结构对于晶体在振动下的性能也起着重要作用。有多种采用不同安装结构的晶体封装,但是,根据经验,发现采用四点安装结构的不同脚位封装在抗振性方面具有最高水平。

  通过将晶体固定在4个位置,我们可以极大地改变封装的安装谐振,从而降低振动对性能的整体影响。

  选择合适的晶体后,我们可以通过筛选所有轴上的加速度敏感度来进一步为客户保证性能。通过在安装到振荡器封装中之前对晶体进行预筛选,可以降低客户的成本,并在标准封装中提供定制解决方案。

  2.筛分最佳的g灵敏度

  在共振器水平上进行振动筛分(筛分以获得最佳的g灵敏度),通过已知大小的正弦或随机力来执行筛选。然后,我们使用相位噪声分析仪测量劣化。如果使用给定频率的正弦波形,我们将测量由单音引起的杂散。根据这些数据,我们可以计算出谐振器的加速度灵敏度。

  如果将随机频谱应用于晶体,则可以基本上测量整个振动带宽上的相位噪声,并根据给定的公式计算出g灵敏度。

  3.被动隔离

  被动隔离(机械阻尼)会对参考时钟的加速灵敏度产生深远影响。如果输入振动减小,则衰减也会减小。被动隔离确实有其缺点,因为根据您要隔离的内容,系统可能会变得相当大。

  谐振频率也可能是一个大问题。典型的安装座可以具有3.5到4的透射率,这意味着输入到系统中的力会被放大。应注意不要超过系统的最大排量,否则会损坏隔离器。

  从理论上讲,低于1 Hz的隔离结构是理想的,但实际上,由于需要阻尼机制和摆动空间,因此这些系统非常大。

  4.电子补偿

  通过采用电子补偿,我们可以最大程度地减小无源隔离系统的尺寸,同时仍能获得无源安装的好处。电子补偿还将最小化隔离结构谐振频率的影响。

  电子补偿提供了卓越的结果,并且可以实现比标准晶体少两个数量级的振动不灵敏性水平。通过典型补偿方案可以覆盖大约500Hz的振动,而隔离结构以大约120Hz开始衰减。

 

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  如此宽的分频范围使我们能够大大提高晶体的性能,并从根本上为客户提供抗振动参考信号。

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