這個(gè)電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)可以如上圖所示連接,產(chǎn)生一個(gè)超前相移（相位超前網(wǎng)絡(luò)）或互換產(chǎn)生一個(gè)滯后相移（相位延遲網(wǎng)絡(luò)）,其結(jié)果仍然與正弦波石英晶體振蕩器振蕩相同,只發(fā)生在總相移為360 °的頻率.

通過改變有源晶振,移相晶體振蕩器移相網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)電阻器或電容器,可以改變晶振頻率,并且通常通過保持電阻器相同并使用3聯(lián)動(dòng)可變電容器來完成.

石英晶體振蕩器將直流輸入（電源電壓）轉(zhuǎn)換為交流輸出（波形）,該輸出可以具有各種不同的波形和頻率,這些波形或頻率本質(zhì)上可能很復(fù)雜,也可能取決于應(yīng)用的簡單正弦波.

晶體振蕩器也用于很多測試設(shè)備,產(chǎn)生正弦波,正弦波,鋸齒波或三角波形,或者只是一串可變或恒定寬度的脈沖.LC石英晶體振蕩器通常用于射頻電路,因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫南辔辉肼曁匦院鸵子趯?shí)現(xiàn).

一個(gè)振蕩器基本上是用“正反饋”,或回饋（同相）和電子電路設(shè)計(jì)中的許多問題之一,而試圖讓振蕩器振蕩是由振蕩停止放大器的放大器.

為了獲得非常高的振蕩器穩(wěn)定性水平,通常使用石英晶體作為頻率確定裝置來產(chǎn)生通常稱為石英晶體振蕩器（XO）的另一類型的振蕩器電路.

當(dāng)一個(gè)電壓源應(yīng)用于一塊薄薄的石英晶體時(shí),它開始改變形狀,產(chǎn)生一種稱為壓電效應(yīng)的特性.這種壓電效應(yīng)是石英晶振晶體的特性,通過改變石英晶振的形狀,電荷產(chǎn)生機(jī)械力,反之亦然,施加在石英晶振上的機(jī)械力產(chǎn)生電荷.

Euroquartz晶振集團(tuán)總部位于德國Axtal,主要致力于頻率控制產(chǎn)品和壓電傳感器的設(shè)計(jì),開發(fā),生產(chǎn)和測試,包括晶體諧振器,石英晶體振蕩器和包含石英和其他壓電晶體諧振器的頻率控制模塊,如Langasite（LGS）,Langatate （LGT）以及SAW濾波器,聲表面諧振器.

高品質(zhì)產(chǎn)品制造是Euroquartz晶振運(yùn)營的核心.作為獨(dú)立制造商,我們重視并保持AS 9100認(rèn)證.AS 9100是由航空航天業(yè)界編寫的國際質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn),旨在保持和提高產(chǎn)品質(zhì)量,并確保向行業(yè)提供完整的耗材.

?？怂笷TM系列OCXO有源晶振精度穩(wěn)定控制在±10PPM,頻率可供范圍5MHZ~40MHZ選擇,溫度范圍-40℃~85℃,具有高品質(zhì),性能穩(wěn)定等.FTM也有一個(gè)頻率控制引腳,允許最小值±0.7ppm的頻率調(diào)整.?？怂咕д?/a>,石英晶體振蕩器電源電壓范圍3.3V~5V,輸出負(fù)荷一般為15PF,老化率10年僅0.4值.具有高可靠使用特性.

FOX貼片晶振,SMD晶振,晶體振蕩器采用編帶盤裝,可用于任何自動(dòng)化生產(chǎn)線,節(jié)省了時(shí)間,更有效的節(jié)省了人力物力資源.福克斯OCXO石英晶體振蕩器重量輕,僅有5.7g.億金電子代理?？怂咕д?更多規(guī)格型號(hào)以及技術(shù)資料歡迎咨詢0755-27876565.

EPSON晶振利用QMEMS技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的微型化溫度補(bǔ)償振蕩器（TCXO晶振），其尺寸僅為1.6x1.2x0.65mm及高精度0.5PPM和低電壓1.8V，適用于需求高穩(wěn)定度及小尺寸應(yīng)用如GPS，RF相關(guān)產(chǎn)品。

TCXO晶振全名是溫度補(bǔ)償型石英晶體振蕩器是溫度補(bǔ)償型振蕩器，通常水晶振動(dòng)子（石英晶體）對(duì)溫度變化較敏感會(huì)隨著溫度便變化而改變其輸出頻率，此類振蕩器內(nèi)有溫度補(bǔ)償電路可補(bǔ)償此變化，能將該變化控制在±2.0×10-6或更高±0.5×10-6.

特蘭斯科晶振集團(tuán)成立于1992年,是美國知名石英晶振,貼片晶振,石英晶體振蕩器生產(chǎn)銷售制造商,全稱為Transko Electronics,inc.總部位于加利福尼亞州阿納海姆.是一家早已通過ISO9001:2008國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的變頻控制設(shè)備解決方案供應(yīng)商.

Transko晶振集團(tuán)擁有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù),快速的交付能力,一批優(yōu)秀的精英團(tuán)隊(duì).致力于為用戶打造高品質(zhì),高精密,高性能,低損耗晶振產(chǎn)品.億金電子多年來,誠信經(jīng)營,精益求精,為用戶推薦并提供高價(jià)值,低成本的晶振產(chǎn)品,早已獲得Transko晶振的代理權(quán)限.下面給大家介紹美國Transko晶振一步一個(gè)腳印發(fā)展至今的現(xiàn)狀.

FOX晶振在美國成立,位于佛羅里達(dá)州邁爾斯堡,自創(chuàng)建以來堅(jiān)持不斷為用戶提供高品質(zhì),高精密石英晶體振蕩器,石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等頻率元件.FOX晶振在美過與CTS晶振,IDT晶振等品牌有著同樣高的人氣.是大多知名企業(yè)指定的石英晶振供應(yīng)商.

2009年10月7日,?？怂咕д窦瘓F(tuán)推出了3225封裝壓控溫補(bǔ)晶振系列的FOX923-GP晶振,此款石英晶體振蕩器具有穩(wěn)定±0.5ppm的寬工作溫度范圍-30°C到85°C.具有精度穩(wěn)定,耐高溫,品質(zhì)高等特點(diǎn).

WI2WI晶振集團(tuán)總部位于美國的加利福尼亞州的圣何塞,處于硅谷的中心地帶.是一家垂直整合的全球設(shè)計(jì)商,集成商和無線技術(shù)解決方案制造商,適用于各種高端全球市場.WI2WI晶振集團(tuán)自成立以來專注于研發(fā)生產(chǎn)石英晶振,貼片晶振,石英晶體振蕩器,有源晶振,TCXO晶振,VCXO晶振等頻率控制組件產(chǎn)品.

Wi2Wi的先進(jìn)制造和操作以及定時(shí)設(shè)備,頻率控制器和射頻和微波濾波器的設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)都位于北美工業(yè)帶的威斯康星州米德爾頓.WI2WI晶振提供廣泛的“開箱即用”和定制解決方案產(chǎn)品系列,利用其技術(shù)以及與行業(yè)領(lǐng)先的芯片和供應(yīng)鏈公司的一級(jí)全球合作伙伴關(guān)系,為全球眾多最大和最具創(chuàng)新性的公司提供服務(wù),其中包括300多名“藍(lán)籌”客戶.

FOX晶振作為國際知名品牌,自成立以來堅(jiān)持為用戶提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉石英晶體,無源晶振,石英晶體振蕩器,有源貼片晶振等頻率控制元件.FOX晶振以技術(shù)占領(lǐng)市場,以質(zhì)量贏得客戶,是全球石英晶體生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)者.

2012年1月9日,全球領(lǐng)先的頻率控制解決方案供應(yīng)商?？怂闺娮庸?Fox Electronics)發(fā)布了一款新型的TCXO晶振,其緊湊的2.5毫米x2.0毫米x1.0毫米封裝,使其成為GPS應(yīng)用的理想選擇.

石英晶振晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片,可以是圓形或正方形,矩形等.按切割晶片的方位不同,可將晶片分為AT、BT、CT、DT、X、Y等多種切型.不同切型的晶振晶片其特性也不盡相同,尤其是頻率溫度特性相差較大.

晶振晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層,由晶振晶片支架固定并引出電極.晶振晶片支架分為焊線式和夾緊式兩種.通常,中、低頻石英晶體振蕩器采用焊線式晶片支架,而高頻石英晶體振蕩器采用夾緊式晶片支架.

   臺(tái)灣晶技晶振英文名稱TXC晶振,成立于1983年,專業(yè)生產(chǎn)石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器,石英晶體振蕩器,有源晶振等頻率元件.所生產(chǎn)的晶振產(chǎn)品具有起振快,高品質(zhì),低損耗,高精度等特點(diǎn),是國內(nèi)上百家大型知名企業(yè)指定晶振品牌.

   億金電子代理臺(tái)灣TXC晶振提供各種封裝尺寸以及晶振型號(hào)編碼查詢,更有完美的晶振產(chǎn)品解決方案.以下為億金進(jìn)口晶振代理商所整理的TXC晶振不同體積12M晶振對(duì)應(yīng)的原廠料號(hào)查詢表.歡迎新老用戶收藏,方便下次選型參照使用.

   TXC晶振是臺(tái)灣知名頻率元件生產(chǎn)制造商,擁有先進(jìn)的儀器設(shè)備以及生產(chǎn)理念.明白市場所需,與時(shí)俱進(jìn)所生產(chǎn)石英晶振,貼片晶振,石英晶體振蕩器具有超小,超薄,精度穩(wěn)定,低損耗等優(yōu)勢特點(diǎn).

    臺(tái)灣TXC晶振中文名稱晶技晶振,是國內(nèi)廣大用戶指定晶振品牌.TXC生產(chǎn)石英晶振,有源晶振,具有1.8V~5V電壓供應(yīng)不同領(lǐng)域用戶選擇.TXC石英晶體高超的生產(chǎn)技術(shù),一流的服務(wù),優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)是對(duì)客戶最有力的保障.

石英晶體諧振器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件,其基本結(jié)構(gòu)為:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極,在每個(gè)電極上各焊根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體振蕩器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。圖2.1是石英晶振結(jié)構(gòu)圖。圖22是一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖。

石英晶振晶體的壓電效應(yīng)

若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之,若在晶振晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力,則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場,這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)石英晶振晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。在一般情況下,晶振晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

石英晶振晶體的符號(hào)和等效電路

石英晶體諧振器的符號(hào)和等效電路如圖23所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān),一般約幾個(gè)pF到幾十pF。當(dāng)石英晶體諧振時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH.晶振晶片的彈性可用電容C來等效,C的很小,一般只有0.0002~0.lpF。

晶振晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來等效, 它的數(shù)值約為100g。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大,可達(dá)1000~10000。加上晶振晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方向、幾何形狀、尺寸有關(guān),而且可以做得精確,因此利用石英晶體諧振器組成的諧振電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

石英貼片晶振在安防系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要.比如上面我們所提到的感應(yīng)卡門禁內(nèi)部就有用到圓柱晶振32.768K系列,這里大多客戶會(huì)選擇5PPM,10PPM高精度晶振,比如VT-200-F精工晶體,C-002RX愛普生晶振等2x6mm都是客戶優(yōu)先選擇的對(duì)象.

安防系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控用到比較多的就是32.768K貼片晶振,這里根據(jù)種類可選擇3215晶振封裝,4115晶振封裝,7015晶振封裝,常見型號(hào)比如SC-32S晶振,MC-146晶振,SSP-T7晶振,DST310S晶振,MC415晶振等等.MHZ晶振系列常用封裝有3225貼片晶振,2520貼片晶振等,16M石英晶振,26M石英晶振等頻率是較為常用的,在監(jiān)控?cái)z像中起到存儲(chǔ)作用,小小的體積滿足網(wǎng)絡(luò)攝像對(duì)于小型化的要求,具有精度穩(wěn)定,低功耗,高可靠使用特性等優(yōu)勢.

關(guān)于智能家居中用到的晶振有興趣可以到億金新聞動(dòng)態(tài)中查看,在前面的文章中我們有提到過關(guān)于貼片晶振的用途以及智能家居中用哪些石英貼片晶振.更有晶振選型,晶振原廠代碼等資料信息免費(fèi)提供下載.

億金電子專業(yè)生產(chǎn)銷售石英晶振,貼片晶振,32.768K,聲表面濾波器,石英晶體振蕩器等產(chǎn)品,發(fā)展多年來擁有先進(jìn)的工藝,精湛的技術(shù)以及現(xiàn)代化的管理手段使得我們?cè)诩ち业母偁幨袌鲋姓痉€(wěn)腳跟.先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備,一流的技術(shù),優(yōu)秀的銷售精英團(tuán)隊(duì)是我們對(duì)您最有力的保障.億金電子代理進(jìn)口晶振品牌,包括臺(tái)產(chǎn)晶振,歐美進(jìn)口晶振,日系晶振品牌,比如NDK晶振,KDS晶振,EPSON晶振,精工晶體,西鐵城晶振,IDT有源晶振,TCX晶振,京瓷晶振石英晶振,泰藝晶振,鴻星晶振,CTS晶振貼片晶振,瑞士微晶晶振,Jauch晶振等等.

GPS定位系統(tǒng)是靠車載終端內(nèi)置SIM通過移動(dòng)GPRS信號(hào)傳輸?shù)胶笈_(tái)來實(shí)現(xiàn)定位。在遠(yuǎn)的地方定位人的行蹤。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的前身是美軍研制的一種“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，GPS全球定位系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航GPS定位系統(tǒng)。
GPS定位系統(tǒng)工作原理是由地面主控站收集各監(jiān)測站的觀測資料和氣象信息,計(jì)算各衛(wèi)星的星歷表及衛(wèi)星鐘改正數(shù),按規(guī)定的格式編輯導(dǎo)航電文,通過地面上的注入站向GPS衛(wèi)星注入這些信息。測量定位時(shí),用戶可以利用接收機(jī)的儲(chǔ)存星歷得到各個(gè)衛(wèi)星的粗略位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和自身位置,由計(jì)算機(jī)選擇衛(wèi)星與用戶聯(lián)線之間張角較大的四顆衛(wèi)星作為觀測對(duì)象.

GPS接收機(jī)正常工作的條件是至少同時(shí)可以接收到4顆衛(wèi)星的有效信號(hào),當(dāng)接收到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于4顆時(shí),定位和定時(shí)信息是不準(zhǔn)確的甚至是錯(cuò)誤的。出現(xiàn)這樣的原因一般有:個(gè)別衛(wèi)星退出工作、天線安裝位置不當(dāng)、衛(wèi)星故障等, 這些都有可能造成接收到有效信號(hào)的衛(wèi)星個(gè)數(shù)過少。

而且有實(shí)驗(yàn)證明即使將接收天線從接收機(jī)上拔掉,在其后的很長一段時(shí)間內(nèi)GPS接收機(jī)仍有PS輸出,但此時(shí)的1PS與UTC已經(jīng)有很大的差別,由此可見,GPS接收機(jī)完全有可能輸出錯(cuò)誤的lPPS信號(hào)。另外,信號(hào)在傳遞過程中受到來自外界電磁信號(hào)的干擾,GPS接收機(jī)輸出的1PPS信號(hào)中可能含有毛刺,導(dǎo)致偽1PPS信號(hào)的產(chǎn)生,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的誤動(dòng)作,因此有必要采取抗干擾措施。這里采用硬件開窗方法消除干擾2,原理如圖4.1所示。

圖中的CLK信號(hào)由高穩(wěn)定度的恒溫晶振提供,在系統(tǒng)上電復(fù)位后,啟動(dòng)單片機(jī)的串行通訊口,接收GPS信息,根據(jù)解碼信息中的工作狀態(tài)指示判斷PPS的有效性。當(dāng)初始觸發(fā)分頻信號(hào)到來之后,通過控制信號(hào)設(shè)置FPGA中的計(jì)數(shù)器在接收到的GPS1PS上升沿的附近產(chǎn)生一個(gè)短時(shí)間的高電平窗口信號(hào),相當(dāng)于一個(gè)與門,過濾掉窗口外的干擾信號(hào)。

另外,通過單片機(jī)自帶的外部中斷模塊來對(duì)去掉干擾后的PPS信號(hào)的上升沿進(jìn)行檢測,根據(jù)檢測結(jié)果判斷GPS接收機(jī)是否正常工作,來決定系統(tǒng)的工作模式是馴服模式還是保持模式,具體消除1PS中干擾脈沖的波形圖如圖4.2所示。

下面主要介紹處理干擾時(shí)的重點(diǎn):

1.初始觸發(fā)分頻信號(hào)的判斷

系統(tǒng)初始化后,用單片機(jī)的外部中斷連續(xù)三次檢測來自GPS接收機(jī)的1PPS信號(hào),如果三次都檢測到則給出初始觸發(fā)分頻信號(hào)。

2.設(shè)置合理的“窗口”信號(hào)

由于OCXO恒溫晶振的輸出頻率比較穩(wěn)定,當(dāng)初始觸發(fā)分頻信號(hào)到來吋刻起,利用FPGA中的計(jì)數(shù)器和OCXO石英晶體振蕩器輸出的倍頻信號(hào)可以大致計(jì)算出下一個(gè)有效PPS脈沖的到來時(shí)刻,經(jīng)過(1-△)秒后打開“窗口”,在計(jì)算得到的第二個(gè)PPS脈沖的到來時(shí)刻

后的M秒后關(guān)閉該“窗口”,只要M選擇得足夠小,則抗干擾效果就非常的明顯。

3.GPS信號(hào)的失效檢測及處理

對(duì)于整個(gè)馴服系統(tǒng)來說,GPS信號(hào)丟失會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果,原因可能是接收機(jī)接收到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于四顆,如上面所說的天線的安裝問題等,使接收機(jī)處于非正常工作狀態(tài)?；蛘呤?/span>GPS接收機(jī)與單片機(jī)模塊或者與門邏輯的接口出現(xiàn)問題,使GPS秒脈沖信號(hào)或時(shí)間狀態(tài)信息不能正常傳輸。

假如是第一種情況,接收模塊可通過GPS接收機(jī)串口輸出的狀態(tài)信息判斷其輸出信號(hào)是否失效,后面的軟件程序作出相應(yīng)的處理。假如是第二種情況,屬于兩種功能模塊之間的通信故障,系統(tǒng)相關(guān)模塊不可能從GPS接收模塊獲得GPS的工作狀態(tài)信息或者秒脈沖信號(hào),GPS_1PPS秒脈沖入口處的電平不會(huì)出現(xiàn)任何變化。

此時(shí),相關(guān)模塊必須有獨(dú)自判斷GPS是否失效的能力?？梢栽?/span>“窗口”信號(hào)開通期間使用單片機(jī)相關(guān)外部中斷模塊,如果沒有檢測到正確跳變,說明GPS信號(hào)失效;如果“窗口”信號(hào)開通期間相關(guān)中斷模塊能捕捉到正確跳變,則說明GPS信號(hào)可能已恢復(fù)正常,此時(shí)系統(tǒng)可以繼續(xù)對(duì)恒溫晶體振蕩器OCXO進(jìn)行校準(zhǔn)。

億金電子專業(yè)生產(chǎn)銷售石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等晶體元件.多年來誠信經(jīng)營,為用戶提供并且推薦質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的晶振產(chǎn)品,在激烈的市場競爭環(huán)境中,憑借自身的才智不斷創(chuàng)新,改進(jìn)擴(kuò)大,以技術(shù)贏得市場,以質(zhì)量贏得客戶.億金電子代理臺(tái)灣進(jìn)口晶振,日本進(jìn)口晶振,歐美進(jìn)口晶振,市場上常見的晶振品牌如KDS晶振,NDK晶振,TXC晶振,鴻星晶振,京瓷晶振,精工晶體,CTS晶振,微晶晶振,愛普生晶振等均現(xiàn)貨,可免費(fèi)提供樣品以及技術(shù)支持,歡迎登入億金官網(wǎng)查看了解詳情.

晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展對(duì)于一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)與技術(shù)、國防和社會(huì)安全有著非常重要的意義。由于制造、交通運(yùn)輸、通訊與信息技術(shù)的不斷迅猛發(fā)展,對(duì)時(shí)間和頻率測量的準(zhǔn)確度和精確度要求也越來越高。導(dǎo)航、定位、大地測量、天文觀測、網(wǎng)絡(luò)授時(shí)和同步以及電網(wǎng)故障檢測中都需要高穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)。按照頻率標(biāo)準(zhǔn)的性能指標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域來劃分,可以將其分為一級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)(銫原子頻標(biāo))二級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)(包括銣原子頻標(biāo)和高穩(wěn)石英晶體振蕩器)和其它頻率標(biāo)準(zhǔn)(包括除高穩(wěn)石英晶體振蕩器以外的其他石英晶體振蕩器)。表11列出了常用頻率標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度.

在各種高精度的頻率標(biāo)準(zhǔn)中,氫钅鐘中、銫鐘等都具有很好的長期和短期穩(wěn)定度,但價(jià)格非常昂貴,一般用于國家授時(shí)實(shí)驗(yàn)室,應(yīng)用范圍非常有限。雖然銣鐘和高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器等二級(jí)頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度不如一級(jí)頻標(biāo),但價(jià)格低廉,體積較小,應(yīng)用范圍非常廣泛。它們被廣泛用于通信、計(jì)量、應(yīng)用電子技術(shù)、電子儀器、航空航天、雷達(dá)和因防軍工等各個(gè)領(lǐng)域,作為關(guān)鍵器件發(fā)揮著重要的作用。近年來由于通信業(yè)和軍工方面的發(fā)展和需求,我國精密石英晶體和原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的需求也有了明顯的增長。

石英晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)基本技術(shù)指標(biāo)是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和老化率。晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)時(shí)的精確度會(huì)受到科技發(fā)展水平的限制。影響頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度主要是溫度和老化,因此,國內(nèi)外正在投入大量精力研究修正這些影響。下面詳細(xì)介紹這三種技術(shù)指標(biāo)

1.晶振頻率準(zhǔn)確度

用來描述頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出的實(shí)際頻率值與其標(biāo)稱頻率值的相對(duì)偏差。因?yàn)槭茴l率標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)在因素和外部環(huán)境(如溫度、濕度、壓力、震動(dòng)等)的影響,實(shí)際石英晶振頻率值并不是固定不變的,而是在一定范圍內(nèi)有起伏的值。計(jì)算表達(dá)式如下:

式中A為頻率準(zhǔn)確度;fX為實(shí)際頻率值;fO后為標(biāo)稱頻率為了得到準(zhǔn)確的fX,至少應(yīng)進(jìn)行6次測量,采樣時(shí)間應(yīng)該選擇相應(yīng)的頻率穩(wěn)定度影響可以忽略時(shí)的時(shí)間間隔。一般選擇的采樣時(shí)間為10s,使得在該時(shí)間內(nèi)被測頻標(biāo)的短期頻率穩(wěn)定度比其準(zhǔn)確度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.晶振頻率穩(wěn)定度

由于各種外界干擾,例如電子線路的熱噪聲,石英晶體諧振器內(nèi)固有噪聲,器件的老化,環(huán)境條件的變化等,都會(huì)使石英晶體振蕩器的輸出頻率相對(duì)于標(biāo)稱值發(fā)生波動(dòng),這種波動(dòng)代表了輸出頻率的不穩(wěn)定度。目前使用的頻率穩(wěn)定度表征有兩種。即:頻域表征一相對(duì)頻率起伏的功率譜密度,它表現(xiàn)為信號(hào)的頻譜不純;時(shí)域表征一阿侖方差,它表現(xiàn)為頻率平均值的隨機(jī)起伏。二者在數(shù)學(xué)上是一對(duì)傅氏變換,因而是等效的。

實(shí)際的阿侖方差計(jì)算公式為:

式中f和f,分別為第i和第i+1次測量的頻率值;后為被測頻率源的頻率標(biāo)稱值, m為測量的次數(shù)。

3.晶振老化率的表征和測量

單位時(shí)間內(nèi)平均頻率的相對(duì)漂移量叫做漂移率。在石英晶體振蕩器中一般稱為老化率,而在原子頻標(biāo)中一般稱為漂移率。大多數(shù)頻標(biāo)經(jīng)過足夠的時(shí)間預(yù)熱后連續(xù)工作,在一段不太長的時(shí)間內(nèi)頻率的漂移呈現(xiàn)近似線性變化的特點(diǎn)。

老化率實(shí)用計(jì)算公式:

值;t為測量時(shí)序,i取1,2,3,…,N;fO為頻率源的標(biāo)稱頻率;n為一天的取樣次數(shù)。

由于石英晶振頻率值隨時(shí)間的變化并不僅僅是線性的,石英晶體振蕩器往往是對(duì)數(shù)老化規(guī)律或倒數(shù)老化規(guī)律,所以從理論上講,每天測量的點(diǎn)數(shù)n越多越好。但是從實(shí)際測量和計(jì)算的方便來講,又希望n取得越少越好。通過大量的實(shí)驗(yàn),表明每天測量的次數(shù)n取兩次就可以了。經(jīng)簡化后,每天測量的次數(shù)n取兩次,測量H天的日老化率KDH的基本簡化公式可以寫為:

原子頻標(biāo)的日漂移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石英晶體振蕩器,因此一般按月漂移率給出。由于漂移率呈線性規(guī)律,所以月漂移率可以用日漂移率來推算。也就是:

由于高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器的老化率從更長的時(shí)間刻度來觀察呈現(xiàn)了隨著加熱時(shí)間的延續(xù)越來越小的特點(diǎn),所以國外在考察高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器的年老化率時(shí)常常是在日老化率的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)100。

恒溫晶振(OCXO)介紹

恒溫晶體振蕩器OCXO( Oven Controlled Crystal Oscillator),是目前頻率穩(wěn)定度和精確度最高的石英晶體振蕩器。它在老化率、溫度穩(wěn)定性、長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度等方面的性能都非常好,作為精密的時(shí)頻信號(hào)源被廣泛用于全球定位系統(tǒng)通信、計(jì)量、頻譜及網(wǎng)絡(luò)分析儀等電子儀器中。目前,絕大多數(shù)高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器都采用了將晶體恒溫的方法,使用精密的恒溫控制槽,將槽內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到晶體諧振器的零溫度系數(shù)點(diǎn)上。這樣,能最大限度地克服溫度對(duì)晶體振蕩器頻率的影響,被廣泛用作標(biāo)準(zhǔn)頻率源。恒溫晶體振蕩器包括以下幾個(gè)基本組成部分。

1.高精密的石英諧振器

石英諸振器是振蕩電路的核心元件。正確選擇切角是制作頻率溫度系數(shù)好的石英諧振器的必要條件,特別是在寬溫度范圍內(nèi)使用的石英晶體諧振器更是如此。目前恒溫晶體振蕩器中常用的石英諧振器有AT切和SC切兩種。它們具有頻率溫度系數(shù)小,Q值高,老化效應(yīng)小等特點(diǎn)。

2.穩(wěn)定的振蕩電路

由于恒溫晶體振蕩器要求頻率穩(wěn)定度高,除了在控溫電路方面要達(dá)到一定的控溫精度外,振蕩電路本身穩(wěn)定性也是起決定性作用的。恒溫晶體振蕩器中振蕩電路的基本功能就是把直流電能轉(zhuǎn)變成具有一定頻率、幅度且頻率高度穩(wěn)定的交流電能,這種轉(zhuǎn)換是在石英諧振器的參與下進(jìn)行的。其中最突出的問題就是頻率的穩(wěn)定性。所以分析、設(shè)計(jì)振蕩電路都以此為前提。

3.結(jié)構(gòu)完善、溫控良好的精密恒溫箱

精密恒溫箱是由恒溫槽,溫度控制電路及其它輔助裝置組成的恒溫系統(tǒng)。在晶體振蕩器中,用來使石英諧振器和有關(guān)電路元件保持恒溫。其作用是把石英晶振,石英諧振器的溫度穩(wěn)定在石英諧振器的拐點(diǎn)溫度處,從而充分發(fā)揮拐點(diǎn)溫度附近石英諧振器的頻率溫度系數(shù)小的特性,使其得到合理使用。設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的恒溫槽和選擇一個(gè)性能良好的溫度控制電路對(duì)穩(wěn)定頻率起著舉足輕重的作用。因此一個(gè)高穩(wěn)定的晶體振蕩器,不但應(yīng)具有穩(wěn)定的振蕩電路,而且還必須有性能良好的恒溫箱來保證其頻率的穩(wěn)定,兩者缺一不可。隨著對(duì)晶體振蕩器穩(wěn)定度要求的逐步提高,對(duì)恒溫箱的控溫精度要求也越來越高,目前,頻率穩(wěn)定度在100~10量級(jí)的晶體振蕩器,其恒溫箱的溫度控制精度應(yīng)在0.001℃以內(nèi)。

隨著通信技術(shù)的不斷提高,對(duì)恒溫晶振的要求越來越高,使其不斷向著高精度與高穩(wěn)定化,低噪聲與高頻化、低功耗、快啟動(dòng)、小型化方向發(fā)展。

晶振的相關(guān)數(shù)學(xué)定義

假設(shè)晶振輸出信號(hào)為正弦波,其數(shù)學(xué)模型可以表示為:

式中VO為標(biāo)稱峰值輸出電壓,§(t)為幅度偏移,φ(t)為相位偏差,fr為標(biāo)稱頻率。

瞬時(shí)頻率為:

相對(duì)頻率偏移為：

式中x(t)=為時(shí)間偏差,由式(2-7)可以得到：

瞬時(shí)頻率的常用公式為:

式中f(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)頻率值,fO為t=0時(shí)刻的頻率值,fr為標(biāo)稱頻率,D(t)為頻率漂移率。

由式(2-7)和(2-9)可推導(dǎo)出:

式中,y為初始相對(duì)頻率偏差。

由式(2-8)和(2-10)可以得到:

式中,x為初始時(shí)間偏差,也叫做同步誤差。

一般性能比較好的石英晶振,日老化率近似為常數(shù),特別是對(duì)于OCXO晶振,在頻率保持模式下,我們只考慮老化對(duì)實(shí)際頻率的影響。很多晶振的老化指標(biāo)用的是年老化率,如±0.05ppm( Part per Million),一般情況下我們可以近似得出日老化率, 大概為年老化率的百分之一。

假設(shè)晶振老化率為常數(shù),式(210)變?yōu)椋?/span>

其中當(dāng)|Bt|<<1時(shí),有ln(Bt+1)→Br,式(2-17)變?yōu)槭?/span>(2-12)的形式:

y(t)=C+ ABt                              式(2-18)

圖2.4給出了典型的老化率數(shù)學(xué)模型。可以看出石英晶振的老化率可以為正數(shù)可以為負(fù)數(shù),也可能會(huì)產(chǎn)生圖中曲線y3(t)的情況。圖2.5為銣原子頻標(biāo)的老化曲線,由于測試曲線的后半段存在參考和被測之間因漂移方向相同的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致漂移問題不是很明顯。

式中,do、d為正數(shù),參數(shù)aj(n),j=1,2,…,M由當(dāng)前數(shù)據(jù)輸入和上次數(shù)據(jù)輸出迭代估計(jì)得到,價(jià)值函數(shù)為

通過最小化價(jià)值函數(shù),可以得到參數(shù)a,(n),j=1,2,…,M,得到t(n)時(shí)刻的ao a1…aM后,t(n+l)時(shí)刻的相對(duì)頻率偏差預(yù)測值為:

系列實(shí)驗(yàn)表明,估計(jì)性能對(duì)d0、d和M的取值不是很敏感,建議取值為d=1~05d(M-1),d=0.1~1.0,M=5~10。加權(quán)對(duì)數(shù)函數(shù)模型的缺點(diǎn)是計(jì)算比較復(fù)雜。

2.2.4晶振的頻率溫度特性

除過老化的影響,溫度也是影響頻率變化的主要因素,而不同切型的晶體的頻率一溫度特性是不一樣的,一般AT切基頻晶體的頻率一溫度變化關(guān)系都是三次曲線,存在若干個(gè)零溫度系數(shù)點(diǎn),如圖2.6所示。

因此對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)要采用具有非線性函數(shù)擬合能力的數(shù)學(xué)模型。然而由于OCXO恒溫晶振中一般采用SC切晶體,雖然其頻率一溫度變化曲線也是非線性的, 但是其頻率一溫度穩(wěn)定度在寬溫度范圍內(nèi)較AT切晶體有很大改善,并且由于它將石英晶體、振蕩電路以及部分其它線路置于精密恒溫槽中,恒溫槽的工作溫度選擇在所用晶體的零溫度系數(shù)點(diǎn)處,因此OCXO恒溫晶振的頻率溫度系數(shù)非常小。當(dāng)恒溫槽的工作溫度波動(dòng)被控制在很小范圍內(nèi)時(shí),如優(yōu)于百分之一攝氏度時(shí),其頻率溫度變化也可以被限制在很小的范圍內(nèi),而且正是由于這種恒溫作用,其頻率溫度變化曲線非常接近于線性。所以對(duì)OCXO恒溫晶振的頻率溫度變化的預(yù)測可以采用線性數(shù)學(xué)模型, 而Kalman濾波算法正是一種較好的線性模型估計(jì)器,因此用它來擬合OCXO恒溫晶振的頻率溫度特性曲線是合適的。