有時關(guān)于石英晶振對于應(yīng)用的適用性受到確定性現(xiàn)象的限制.在其他情況下,隨機過程確定了性能限制.除振動外,短期不穩(wěn)定性幾乎總是由噪聲引起的.石英和銣標(biāo)準(zhǔn)物的長期性能主要受溫度敏感性和老化限制,但銫和一些氫標(biāo)準(zhǔn)物的長期性能主要受隨機過程的限制.噪聲會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生許多不利影響.在這些效果中有以下幾種:
(1)它限制來確定當(dāng)前狀態(tài)和精密振蕩器的可預(yù)測(例如,一個振蕩器的噪聲產(chǎn)生?的時間預(yù)測錯誤的能力的TS _ÿ(噸用于預(yù)測間隔)噸);
(2)它限制了同步和諧振精度;
(3)它可以限制接收器的有用動態(tài)范圍,信道間隔和選擇性;
(4)它可能導(dǎo)致數(shù)字通信系統(tǒng)中的誤碼;
(5)它可能導(dǎo)致失鎖,并限制鎖相環(huán)系統(tǒng)的采集和重新獲取能力;
(6)它可以限制雷達性能,尤其是多普勒雷達.
有必要采用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計方法來表征石英晶體振蕩器不穩(wěn)定性的隨機分量.噪聲表征受試者已經(jīng)審查和也是IEEE標(biāo)準(zhǔn)的主題[.由s _y(T)表示的雙樣本偏差是時域中短期不穩(wěn)定性的度量.由L(f)表示的相位噪聲或由Sf(f)表示的相位不穩(wěn)定性是頻域中的不穩(wěn)定性的度量;的L(f)º小號?F(F)/2.
在大多數(shù)晶體振蕩器類型中,使用可變負(fù)載電容器將振蕩頻率調(diào)整到所需值.這種振蕩器在圖4的并聯(lián)諧振區(qū)域工作,其中電抗與頻率斜率(即"剛度")與C₁成反比.為了最大化振蕩器電路中的電抗(或相位)擾動的頻率穩(wěn)定性,電抗斜率(或相位斜率)必須最大.這要求C₁最小.然而,C₁越小,調(diào)諧振蕩器越困難(即,對于給定的C_L變化,Df'越小).最高穩(wěn)定性的振蕩器使用具有小C₁_的晶體單元(和高Q).由于C₁隨著泛音數(shù)迅速減少,因此高穩(wěn)定性振蕩器通常使用三次或五次泛音晶體單元.高于五分之一的泛音很少使用,因為R₁也隨著泛音數(shù)迅速增加,并且通常需要一些可調(diào)性以允許將振蕩器設(shè)置為所需頻率.

圖1晶體單元的電抗與頻率的關(guān)系

寬調(diào)諧范圍壓控晶振使用大C₁_的基模晶體單元.電壓控制用于以下目的:頻率或鎖相兩個振蕩器;用于頻率調(diào)制;補償,如TCXO;并用于校準(zhǔn)(即,用于調(diào)整頻率以補償老化).高穩(wěn)定性,經(jīng)過烤箱化的10-MHzVCXO可能具有±5x10^-7的頻率調(diào)節(jié)范圍和2x10^-8的老化速率,而寬調(diào)諧范圍的10-MHzVCXO可能具有調(diào)諧范圍為±50份/百萬(ppm),老化率為每年2ppm.
通常,使振蕩器在寬頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧會降低其穩(wěn)定性,因為使振蕩器容易受到故意調(diào)諧也會使其容易受到導(dǎo)致無意調(diào)諧的因素的影響.例如,如果一個恒溫晶體振蕩器(OCXO)設(shè)計為在特定平均時間內(nèi)具有1x10^-12的穩(wěn)定性,并且可調(diào)諧性為1x10^-7,那么石英晶振的負(fù)載電抗必須穩(wěn)定在1平均時間為x10^-5.實現(xiàn)這樣的負(fù)載電抗穩(wěn)定性是困難的,因為負(fù)載電抗受雜散電容和電感,變?nèi)荻O管的電容與電壓特性的穩(wěn)定性以及變?nèi)荻O管上的電壓的穩(wěn)定性的影響.而且,1x10^-5負(fù)載電抗穩(wěn)定性不僅必須在良性條件下保持,還要在變化的環(huán)境條件(溫度,振動,輻射等)下保持.因此,振蕩器的調(diào)諧范圍越寬,保持高穩(wěn)定性就越困難.

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石英晶振穩(wěn)定性與可調(diào)性

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