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石英晶体谐振器和振荡器 频率控制和定时应用教程(之五)

Piezoman压电侠 2024-10-25 15:38 次阅读

正弦振动引起的相位噪声

正弦振动在载波±fv处产生谱线,其中fv是振动频率。

wKgaomcbSwSAcSGMAAAbISznqDo137.png

例如,如果Γ=1 x 10-9/g,f0=10 MHz,那么即使

振荡器在静止时完全无噪声,相位“噪声”

即,仅由1g的正弦振动水平引起的谱线将为;

wKgZomcbSwSAOUP6AAAec7IhVSc847.png

随机振动引起的相位噪声

随机振动对相位噪声的贡献由下式给出:

wKgaomcbSwSAJhFmAAAyzpFQt4E869.png

例如,如果Γ=1 x 10-9/g,f0=10 MHz,那么即使

振荡器在静止时完全无噪声,相位“噪声”

即,仅由于功率谱密度的振动,PSD=0.1 g2/Hz的谱线将为:

wKgZomcbSwaADqqOAAAeB1lXAFo506.png

随机振动引起的相位噪声

振动下的相位噪声为Γ=1 x 10-9/g,f=10 MHz

wKgaomcbSwaAXQ-6AADAEgEcLEM950.png

加速度灵敏度与振动频率

wKgaomcbSwaAf49pAAC1GbM1rPM932.png

石英谐振器的加速度灵敏度

谐振器的加速度灵敏度范围从市场上最好的SC切割的每克1010的低部分到音叉型手表晶体的每克107的低部分。当检查各种谐振器时:AT、BT、FC、IT、SC、AK和GT切割;5MHz第五泛音到500MHz基模倒置台面谐振器;由天然石英、养殖石英和扫频制成的谐振器

养殖石英;多种几何形状和安装配置(包括

矩形AT切口);几乎所有的结果都在每克1x10-9的三倍范围内。另一方面,发现一些谐振器的灵敏度小于每克1x10-10的事实表明,观测到的加速度

敏感性不是由于任何固有的自然限制。

理论和实验证据表明,尚未得到适当控制的主要变量是振型和位置(即振幅

振动分布)和与振动模式相关的应变分布

振动。理论上,当安装相对于振型完全对称时,加速度灵敏度可以为零,但与这种理想条件相比的微小变化可能会导致显著的灵敏度。直到加速

灵敏度问题得到了解决,加速度补偿和隔振可以在有限的振动频率范围内提供低于1x10-10/g的振动,并且成本很高。

振动补偿

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振动灵敏度测量系统

wKgaomcbSwaAagRqAACvbRWBg5Y679.png

震惊

冲击期间的频率偏移是由于谐振器的应力敏感性造成的。偏移的幅度是谐振器设计和谐振器上的冲击应力的函数

(安装结构中的共振将放大压力。)永久频率偏移可能是由于:冲击引起的应力变化,(颗粒物)污染的变化在谐振器表面上振荡器电路。冲击下的存活率主要是谐振器表面缺陷的函数。

化学抛光产生的无划痕谐振器在气枪测试中经受住了高达36000克的冲击,并且经受住了155毫米榴弹炮发射的冲击(16000克,持续时间12毫秒)。

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对稳定性的其他影响

l电场-影响双旋转谐振器;例如,5MHz基模SC切割谐振器电极上的电压导致Δf/f=7 x 10-9/伏。电压也会导致扫频,这会影响(所有切割的)频率,即使在正常运行时也是如此

温度。

l磁场-石英是反磁性的,然而,磁场会引起涡流,并会影响谐振器封装和振荡器电路中的磁性材料。感应交流电压会影响变容二极管、AGC电路和电源。“好”石英振荡器的典型频率变化为每高斯<10-10。

l环境压力(海拔高度)-谐振器和振荡器封装的变形以及传热条件的变化会影响频率。

l湿度-会影响振荡器电路,振荡器的热特性,例如有机物吸收的水分会影响介电常数。

l电源电压和负载阻抗-影响振荡器电路,并间接影响谐振器的驱动电平和负载电抗。负载阻抗的变化会改变反射到振荡器回路中的信号的幅度或相位,从而改变相位(和

频率)。通过使用(低噪声)电压调节器和缓冲放大器,可以将影响降至最低。

l气体渗透-过量的大气氢气和氦气扩散到“密封”的金属和玻璃外壳中会影响稳定性(例如,氢气通过镍谐振器外壳扩散,氦气通过玻璃Rb标准灯泡扩散)。

影响之间的相互作用

在试图衡量单一影响的效果时,人们经常会遇到干扰影响,其存在可能很明显,也可能不明显。

wKgZomcbSwaAKPeVAABvxFUZZ0M932.png
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