关于那些对石英晶体振荡器稳定性的产生影响的因素

一个理想的石英晶体振荡器,它在自身的寿命区间内以稳定的频率发射,不管发生什么情况都不会产生偏差.这就是著名的无偏差电路设想,遗憾的是,这种理想的电路是一种数学上的幻想.有许许多多的原因会导致振荡器不稳定和频率漂移问题的出现.即使现有的技术再好也暂时无法做到偏差情况的产生.

为了尽可能地防止这些问题,对频率稳定性有深入的了解将有助于为您提供保持应用程序性能最佳的工具.我们今天就来了解一下那些会对有源晶体振荡器产生影响的因素.

1.频率与温度

温度在我们列表的顶部是因为它是频率漂移的最重要原因.以十亿分之一为单位测量的湿度和压力可以产生更大的影响,但是这些环境影响很容易通过气密密封包装在真空中或用惰性气体如氮气来克服.

温度是一个更加困难的挑战.温度的变化会导致标准范围内的数十ppm漂移,并且在极端温度下会进一步恶化.诸如冷却风扇之类的简单系统级解决方案对于许多应用来说是不实际的,但是可以在振荡器集成电路（IC）本身中设计精确控制以感测和补偿环境温度变化.

对于开发人员而言,重要的是要了解振荡器的稳定性等级,通常表征为25摄氏度,并不代表元件在整个温度范围内的精度.好消息是有各种温度补偿振荡器可用.

TCXO-温补石英振荡器有一个内部温度传感器,IC电路用它来调节晶体的频率.

VCXO-可通过外部施加的电压调节压控晶体振荡器频率.VCXO晶振在频率调制（FM）和锁相环（PLL）系统中具有广泛的应用.变容二极管本质上是一个可变电压电容器,可以对频率进行电压控制.

OCXO-烤箱控制的晶体振荡器是最具弹性的温度变化.晶体封装在一个带有专用电路的外壳中,该电路设计用于加热晶体周围区域,保持恒定温度,无需进一步补偿漂移.OCXO在正常工作条件下提供最低漂移.

2.频率与负载

电容负载会影响频率,晶体必须与不同的负载相匹配,这可以解释各种可用的晶体元件.还必须考虑最大驱动功率以防止过度驱动.如果5G网络设备晶振经常暴露在超过预期最大功率的过载条件下,它可能会很快老化.即使放置在电路板上也会影响电容负载,无论是重新定位晶体本身还是重新布线其他元件.所有这些都是潜在的漂移源,必须在电路设计中加以考虑和测试.

3.频率与供应

电源负载的改变可能导致电路的有效电阻的变化,从而导致频率漂移.一种解决方案是使用稳压电源,确保输出电压始终保持在电源的额定值,而不管设备消耗的电流.

4.ADEV-艾伦偏差

AllanVariance和AllanDeviation测量频率稳定性,以数学家DavidW.Allan命名,他开发了测量时钟,振荡器和放大器频率稳定性的公式.有趣的事实：我们有幸在整个历史中与艾伦先生密切合作.

这些设备中存在两个相位噪声分量;白色频率噪声和闪烁频率噪声,标准偏差无法通过直接可重复测量解决.ADEV提供了一种有意义地将噪声形式分离的方法,用于两个或多个振荡器之间的相位或频率测量的时间序列.