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4種提高晶體振蕩器動態(tài)相位噪聲性能的方法

來源：http://sanctuaryinlakeelmo.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,可以說是提供了我們每天都依賴的電子設(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,石英會開始振動.不利的一面是,如果施加振動,石英會產(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.
         數(shù)字通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)的性能可能受到這種振動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,由于振動引起的能量導(dǎo)致顯著的退化,導(dǎo)致威脅檢測丟失,使操作員處于危害之中.

        那么對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敏感性.所以問題仍然存在.在減少加速度靈敏度對客戶系統(tǒng)的影響方面,有許多不同的選擇.
        以下是我們在Bliley晶振集團(tuán)親自申請的一些選項(xiàng)：①適當(dāng)?shù)闹C振器選擇(例如:使用的水晶切割類型)②諧振器級別的振動屏蔽(屏幕獲得最佳g靈敏度)③被動隔離(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),對我們的客戶影響最小.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態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)更好性能的最簡單方法.
        切割晶體會對整個(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.
        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)也對晶體在振動下的表現(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,從而減少對振動下性能的總體影響.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.振動篩選
         選擇合適的晶振晶體后,我們可以通過篩選所有軸的加速度靈敏度來進(jìn)一步保證客戶的性能.  通過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),我們通過誘導(dǎo)具有已知量值的正弦或隨機(jī)力來進(jìn)行篩選.然后,我們使用相位噪聲分析儀測量降解.如果使用給定頻率的正弦波形,我們測量單音引起的雜散.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.如果對晶體應(yīng)用隨機(jī)光譜,我們基本上可以測量振動帶寬上的相位噪聲,并根據(jù)給定的PSD計(jì)算g靈敏度.

         3.機(jī)械隔離
         被動隔離會對參考時(shí)鐘的加速度靈敏度產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響.如果輸入振動減小,退化也會減少.被動隔離確實(shí)有其缺點(diǎn),因?yàn)橄到y(tǒng)可能會變得相當(dāng)大,具體取決于您所隔離的內(nèi)容.
         平臺的共振頻率也是一個(gè)大問題.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)注意不要超過系統(tǒng)最大位移,否則可能發(fā)生隔離器損壞.
         這個(gè)問題導(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)膩碓?.....

        4.電子補(bǔ)償
        通過采用電子補(bǔ)償,我們可以最小化被動隔離系統(tǒng)的尺寸,同時(shí)仍然獲得無源安裝的好處.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)量級的振動不敏感度.我們使用的典型補(bǔ)償方案可以將振動范圍覆蓋到大約500Hz,而隔離結(jié)構(gòu)在大約120Hz時(shí)開始衰減.
        這種寬泛的交叉使我們能夠大大提高晶體的性能,并為我們的客戶提供振動免疫參考信號.以下是已討論的以下選項(xiàng)的理論性能基準(zhǔn).該基準(zhǔn)測試是參考代表性的操作振動規(guī)范生成的.
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