SPXO振荡器VS原子钟振荡器哪个更值得拥有?

SPXO振荡器VS原子钟振荡器哪个更值得拥有?

时间是通过物体的记录有规律的进行运作,古代的时间观念是以观察自然的现象所带来的自然计时观念,随着文化历史不断改革更新换代,人们开始通过物理电子学定义时间概念,因此就有了石英钟和原子钟,石英钟是利用内部的石英晶体压电振动效应计时,计时可达到十万分之一秒也就是经过差不多270年才差1秒,而原子钟能够利用内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波去控制振荡器,从而进行校准控制时钟的走动,平均精度可以达到每100万年才误差1秒.

表1中提供了原子振荡器的特性:铷和铯频率标准以及铷-石英晶体振荡器(RbXO),在原子频率标准中,输出信号频率由两个原子态之间的能量差决定,而不是由散装材料的某些性质决定(因为它在石英振荡器中),RbXO是一种设备,适用于功率可用性有限但需要原子频率标准精度的应用,它由铷频率标准,低功率和高稳定性晶体振荡器以及将晶体振荡器的频率调整为铷标准的控制电路组成,铷标准物周期性地(例如,每周一次)开启几分钟,使其预热并校正晶体振荡器的频率.

以下讨论适用于宽温度范围的频率标准(即设计为在跨越至少90°C的温度范围内工作的标准),在比较窄的温度范围内操作的实验室装置可以具有比下面的比较中更好的稳定性,商用频率源的精度范围可达几个数量级-从简单的SPXO振荡器到铯束频率标准,随着精度的提高,功率要求,尺寸和成本也会增加,例如,图1显示了精度和功率要求之间的关系,准确度与成本的关系类似,从简单的XO约为1美元到铯标准约为40,000美元(1991年的价格),表1显示了频率标准的显着特征的比较,图2显示了短期频率稳定性范围与平均时间函数的比较,图3显示了相位噪声特性的比较,表2显示了弱点和磨损机制的比较.

选择振荡器时要回答的主要问题包括:

1.系统正常运行需要什么频率精度或可重复性?

2.这种精度必须保持多长时间,即振荡器是否需要定期校准或更换,还是振荡器必须

3.保持系统寿命所需的精度?

4.电源是否充足,或贴片晶振是否必须使用电池供电?

5.允许的热身时间是多少?

6.振荡器必须运行的极端环境是什么?

7.什么是短期稳定性(相位噪声)要求?

8.大小限制是什么?

关于第二个问题,最小化成本是什么:初始购置成本还是生命周期成本?通常,重新校准的成本远远高于可以提供无校准寿命的原子钟振荡器的额外成本,更好的振荡器也可以简化系统的设计,在其他条件相同的情况下,标准频率的振荡器,例如5MHz或10MHz,制造商已经建立了完善的设计,其成本将低于异常频率之一,例如8.34289MHz,此外,对于厚度剪切晶体,如AT切割和SC切割,频率越低,老化越低,由于在低于5MHz的频率下,厚度剪切晶体变得太大而不能经济地制造,并且由于所有最高稳定性的振荡器都使用厚度剪切晶体,因此商用振荡器的最高稳定性频率为5MHz,这种振荡器还具有靠近载波的最低相位噪声能力.

振荡器的频率是一个重要的考虑因素,因为选择错误会对成本和性能产生重大影响,石英晶体可以容忍更高的驱动电平,从而允许更高的信号电平,市场上有一些比较优秀的振荡器频率老化速度的相位噪声水平相对较低,而信号噪声决定了噪声水平的晶体可提供更低的噪声源,长期的使用高稳定性的晶体振荡器可以降低功率的要求性能.