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電子技術|電子技術知識: 四種晶體振蕩器的工作原理介紹( 二 )

電子技術


頻率穩定度：任何晶振 ， 頻率不穩定是的 ， 程度不同而已 。 一個晶振的輸出頻率隨時間變化的曲線如圖2 。 圖中表現出頻率不穩定的三種因素：老化、飄移和短穩 。
曲線1是用0.1秒測量的情況 ， 表現了晶振的短穩；曲線3是用100秒測量的情況 ， 表現了晶振的漂移；曲線4 是用1天測量的情況 。 表現了晶振的老化 。
頻率溫度穩定度：在標稱電源和負載下 ， 工作在規定溫度范圍內的不帶隱含基準溫度或帶隱含基準溫度的允許頻偏 。
ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)
ftref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜ ， ｜(fmin-fref)/fref｜

ft：頻率溫度穩定度(不帶隱含基準溫度)
ftref：頻率溫度穩定度(帶隱含基準溫度)
fmax ：規定溫度范圍內測得的頻率
fmin：規定溫度范圍內測得的頻率
fref：規定基準溫度測得的頻率
說明：采用ftref指標的晶體振蕩器其生產難度要高于采用ft指標的晶體振蕩器故ftref指標的晶體振蕩器售價較高 。
開機特性（頻率穩定預熱時間）：指開機后一段時間(如5分鐘)的頻率到開機后另一段時間(如1小時)的頻率的變化率 。 表示了晶振達到穩定的速度 。 這指標對經常開關的儀器如頻率計等很有用 。
說明：在多數應用中 ， 晶體振蕩器是長期加電的 ， 然而在某些應用中晶體振蕩器需要頻繁的開機和關機 ， 這時頻率穩定預熱時間指標需要被考慮到（尤其是對于在苛刻環境中使用的軍用通訊電臺 ， 當要求頻率溫度穩定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃) ， 采用OCXO作為本振 ， 頻率穩定預熱時間將不少于5分鐘 ， 而采用MCXO只需要十幾秒鐘) 。
頻率老化率：在恒定的環境條件下測量振蕩器頻率時 ， 振蕩器頻率和時間之間的關系 。 這種長期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的 ， 因此 ， 其頻率偏移的速率叫老化率 ， 可用規定時限后的變化率（如±10ppb/天 ， 加電72小時后） ， 或規定的時限內的總頻率變化（如：±1ppm/（年）和±5ppm/（十年））來表示 。
晶體老化是因為在生產晶體的時候存在應力、污染物、殘留氣體、結構工藝缺陷等問題 。 應力要經過一段時間的變化才能穩定 ， 一種叫“應力補償”的晶體切割方法（SC切割法）使晶體有較好的特性 。
污染物和殘留氣體的分子會沉積在晶體片上或使晶體電極氧化 ， 振蕩頻率越高 ， 所用的晶體片就越薄 ， 這種影響就越厲害 。 這種影響要經過一段較長的時間才能逐漸穩定 ， 而且這種穩定隨著溫度或工作狀態的變化會有反復——使污染物在晶體表面再度集中或分散 。 因此 ， 頻率低的晶振比頻率高的晶振、工作時間長的晶振比工作時間短的晶振、連續工作的晶振比斷續工作的晶振的老化率要好 。
說明：TCXO的頻率老化率為：±0.2ppm～±2ppm（年）和±1ppm～±5ppm（十年）（除特殊情況 ， TCXO很少采用每天頻率老化率的指標 ， 因為即使在實驗室的條件下 ， 溫度變化引起的頻率變化也將大大超過溫度補償晶體振蕩器每天的頻率老化 ， 因此這個指標失去了實際的意義） 。 OCXO的頻率老化率為：±0.5ppb～±10ppb/天（加電72小時后） ， ±30ppb～±2ppm（年） ， ±0.3ppm～±3ppm（十年） 。
短穩：短期穩定度 ， 觀察的時間為1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒 。
晶振的輸出頻率受到內部電路的影響(晶體的Q值、元器件的噪音、電路的穩定性、工作狀態等)而產生頻譜很寬的不穩定 。 測量一連串的頻率值后 ， 用阿倫方程計算 。 相位噪音也同樣可以反映短穩的情況(要有專用儀器測量) 。
重現性：定義：晶振經長時間工作穩定后關機 ， 停機一段時間t1(如24小時) ， 開機一段時間t2(如4小時) ， 測得頻率f1 ， 再停機同一段時間t1 ， 再開機同一段時間t2 ， 測得頻率f2 。 重現性=(f2-f1)/f2 。

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