影響晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性因素有哪些

石英晶體振蕩器

在恒定的負(fù)載和溫度的條件下，輸出電壓源給到晶體會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，進(jìn)而產(chǎn)生特定頻率的電壓信號(hào)，稱為石英晶體振蕩器。所產(chǎn)生的頻率與晶體的形狀和大小有關(guān)系，晶體越薄，共振頻率越高，且晶體經(jīng)過切割后不能產(chǎn)生任何的其他頻率。

主要的影響因素

對(duì)于石英晶體振蕩器而言，有許多因素影響到系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，如：老化、噪聲、溫度、保持電路、可保持性、磁場(chǎng)、濕度、電源電壓與震動(dòng)。下面介紹某些重要因素：

①　不穩(wěn)定因素-時(shí)間

老化與短期是時(shí)間影響頻率不穩(wěn)定性的主要因素。老化是由于振蕩器內(nèi)部變化造成的頻率的長(zhǎng)期系統(tǒng)性變化。雖然老化影響頻率范圍只有幾PPM，但對(duì)于DTV或機(jī)頂盒這類需精確頻率系統(tǒng)的產(chǎn)品來說特別重要。而短期的不穩(wěn)定性本質(zhì)上具有隨機(jī)性，往往可以定義為噪聲。影響老化的因素有很多，如：質(zhì)量轉(zhuǎn)移、晶體受到的應(yīng)力、熱膨脹、安裝受力、鍵合單元、晶振的驅(qū)動(dòng)電平以及DC偏置等都會(huì)影響到晶振的使用期限。理想狀態(tài)下，短期的石英晶體振蕩器的輸出是完美的正弦波。然而理想系統(tǒng)中隨機(jī)噪聲或閃爍噪聲會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的相位偏移，從而造成頻率為了保持2nπ相位條件而發(fā)生改變。相位斜率dφ/df與QL成正比，必須保持高值，以確保最高的頻率穩(wěn)定性。為了維持高相位斜率，Cm 應(yīng)當(dāng)盡可能小。因此，fs與fp之間電抗/頻率的斜率越大，則頻率穩(wěn)定性越高。

②　不穩(wěn)定因素-溫度

不同產(chǎn)品的訴求，對(duì)溫度的訴求不一樣。一般,石英晶體振蕩器的溫度分為民、企、工、航天等級(jí)別，溫度范圍在-40℃~+150℃，然而隨著升至極端溫度，額定頻率的變化開始增大，有可能達(dá)到幾十ppm.計(jì)算等應(yīng)用可以承受這一點(diǎn)，但是對(duì)于導(dǎo)航、雷達(dá)、無線電通信、衛(wèi)星通信等對(duì)準(zhǔn)確度與精度要求極高的應(yīng)用來說，則無法接受這種巨大變化。因此，此類應(yīng)用需要在系統(tǒng)中添加額外的補(bǔ)償元件

③ 不穩(wěn)定因素-可調(diào)諧性

對(duì)于頻率范圍要求不高或較寬的頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧性會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧性，需要采用濾波器消除多余的頻率模式。然而這樣會(huì)影響到可協(xié)調(diào)性很難實(shí)現(xiàn)更高的頻率穩(wěn)定性，因?yàn)樨?fù)載電抗會(huì)受到濾波器中使用的變抗器的雜散電容與電感的影響。

④　不穩(wěn)定因素-保持電路

當(dāng)在晶振中增加外部負(fù)載電容器時(shí)，電容器與雜散電容的容差會(huì)導(dǎo)致實(shí)際負(fù)載電容偏離所需值。負(fù)載電容的這種變化也會(huì)造成頻率改變。其可從下式求出：

*Cm：晶振動(dòng)生電容;

*CS：晶振分流電容;

*CL_NOM：負(fù)載電容;

*CL：實(shí)際電容。