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了解晶振性能指标对晶振选型的重要作用

概述: 本文介绍了一些足以表现出一个晶体振荡器性能高低的技术指标,了解这些指标的含义,将有助于通讯设计工程师顺利完成设计项目,同时也可以大大减少整机故障的出现。

1、 总频差

在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大频差。
参数释疑:总频差包括频率温度稳定度、频率温度准确度、频率老化率、频率电源电压稳定度和频率负载稳定度共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如:精密制导雷达。
 

2、频率温度稳定度

在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

fT=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)
fTref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|,|(fmin-fref)/fref|]
fT:频率温度稳定度(不带隐含基准温度)
fTref:频率温度稳定度(带隐含基准温度)
 fmax :规定温度范围内测得的最高频率
fmin:规定温度范围内测得的最低频率
fref:规定基准温度测得的频率
说明:采用fTref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用fT指标的晶体振荡器,故fTref指标的晶体振荡器售价较高。
 几种电子系统使用的晶体振荡器典型频率温度稳定度指标见下表:
 表中有一部分频率温度稳定度指标应是带隐含基准温度的频率温度稳定度指标,但没表示出来。(1ppm=1×10-6;1ppb=1×10-9)。
 

频率稳定预热时间

以晶体振荡器稳定输出频率为基准,从加电到输出频率小于规定频率允差所需要的时间。
---- 说明:在多数应用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机,这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到(尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台,当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),采用OCXO作为本振,频率稳定预热时间将不少于5分钟,而采用DTCXO只需要十几秒钟)。
 

频率老化率

在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的,可用规定时限后的最大变化率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。

说明:TCXO的频率老化率为:±0.2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情况,TCXO很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变化引起的频率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意义)。OCXO的频率老化率为:±0.5ppb~±10ppb/天(加电72小时后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。


频率压控范围

将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量。
说明:基准电压为+2.5V,规定终点电压为+0.5V和+4.5V,压控晶体振荡器在+0.5V频率控制电压时频率改变量为-110ppm,在+4.5V频率控制电压时频率改变量为+130ppm,则VCXO电压控制频率压控范围表示为:≥±100ppm(2.5V±2V)。
 

 压控频率响应范围

当调制频率变化时,峰值频偏与调制频率之间的关系。通常用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB表示。
说明:VCXO频率压控范围频率响应为0~10kHz。


频率压控线性

与理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。
说明:典型的VCXO频率压控线性为:≤±10%,≤±20%。简单的VCXO频率压控线性计算方法为(当频率压控极性为正极性时):
---- 频率压控线性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%
---- fmax:VCXO在最大压控电压时的输出频率
---- fmin:VCXO在最小压控电压时的输出频率
---- f0:压控中心电压频率
---- 单边带相位噪声£(f):偏离载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。


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