在電子產品中穩定性好始終是標準的要求之一,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定性的方法,目前這項技術已然成熟.有源石英晶振的穩定性普遍都能達到中高端產品的要求,同時滿足低電壓電流,低功耗,低電平,小體積等設計要求.但是對于部分模塊產品來說,常見的振蕩器穩定性仍然需要挑戰.
任何RF工程師面臨的核心挑戰之一是保持晶體振蕩器的頻率穩定性.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.當然,我們并沒有生活在理想的世界中,頻率漂移在許多應用中都是一個真正的問題.有許多因素會導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定性.在本文中,我們將討論保持晶體振蕩器高度穩定性的方法.

穩定性,漂移以及它們為何如此重要

在此上下文中,穩定性被定義為振蕩器在給定的時間跨度內保持一致的固定頻率的能力.振蕩器越穩定,它就越可靠,在通信和雷達等應用中,穩定性至關重要.晶體振蕩器的穩定性喪失表現為漂移,這種現象會降低性能并導致許多技術甚至法律問題,具體取決于應用.
在RF工程中,術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境因素引起.由電路長時間工作引起的熱量也會對穩定性產生負面影響,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.與實現石英晶振持久穩定性相關的主要挑戰之一是,在許多情況下,振蕩器可能已經使用多年,然后才會出現漂移跡象,并且可能會持續很長一段時間.
大多數人遇到的漂移的一個簡單例子是當FM或AM無線電臺的頻率漂移到相鄰頻率時,導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,并且可能導致監管機構(例如FCC)對于未能解決其頻率穩定性問題的站點的問題,特別是如果它已經漂移到其操作非法的帶寬中.
在宏觀方案中,這是頻率穩定性不足可能導致的那種問題的一個很小的例子.然而,當你處理復雜的通信,雷達,定位,導航和計時系統時,賭注要高得多.想想圍繞自動駕駛汽車的所有炒作;穩定性對于這些系統至關重要,因為用于引導這些車輛的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％穩定.但是可以采取措施來提高穩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節電路的電源可以幫助減輕漂移并保持穩定性.將電路與機械振動隔離也是防止振動失去有源晶振穩定性的簡單而有效的方法.
但是,保持晶體振蕩器穩定性和最小化漂移的最佳方法是首先為您的應用選擇最佳設計.某種形式的溫度控制或補償可以防止環境溫度以及電路元件產生的熱量對穩定性產生負面影響高質量溫度補償(TCXO晶振)和烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)產生的頻率比暴露在環境溫度下的晶體振蕩器穩定得多.工程師還應確保晶體切割本身針對內部工作溫度進行了優化.
晶體振蕩器的定期校準是一個好主意-根據應用的不同,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的振蕩器消耗更多的功率.這導致了新一代高性能,低功耗晶體振蕩器的發展,這些振蕩器能夠保持強大,穩定的頻率,并且比以前的設計具有更低的功率要求.
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