新型元器件將繼續(xù)向微型化,片式化,高性能化,集成化,智能化,環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展.我國電子元件的產(chǎn)量已占全球的近39%以上,產(chǎn)量居首位的產(chǎn)品有:電容器,電阻器,電聲器件,磁性材料,壓電石英晶體,微特電機(jī),電子變壓器,印制電路板.針對石英晶振這塊,康華爾電子下面提供一些關(guān)于選擇低靈敏度晶振減少相位噪聲的技術(shù)支持.

石英晶體振蕩器在加速時頻率略有變化.晶振表現(xiàn)出加速度敏感性,如果設(shè)計者粗心,電路也會如此.通過使用"2g翻轉(zhuǎn)"測試,可以在穩(wěn)定的烤箱振蕩器中觀察到這種靈敏度.當(dāng)振蕩器顛倒時,作用在晶體上的力變化了2g(正一g到負(fù)一g).典型的SC切割的10MHz晶體將改變大約0.02Hz,這給出了大約0.01Hz/g的靈敏度.通常,較高頻率的晶體將具有較小的g靈敏度,但是從一種石英晶振到下一種晶體以及從一種晶體支架類型到下一種晶體支架類型,靈敏度會有很大的變化.改變關(guān)鍵部件上的應(yīng)力甚至輕微的移動也會改變頻率,增加振蕩器的整體靈敏度.

對加速度的敏感性意味著在許多設(shè)備機(jī)架和儀器中發(fā)現(xiàn)的隨機(jī)和周期性機(jī)械振動會在高性能晶體振蕩器中引起顯著的相位噪聲.便攜式設(shè)備暴露在卡車,坦克,輪船,直升機(jī),噴氣式飛機(jī)甚至背包中的巨大震動中.固定裝置可能在振動機(jī)械附近,或者只是被附近的冷卻風(fēng)扇搖動.晶體支架,電路板和外殼可以表現(xiàn)出機(jī)械共振,這使得振蕩器在特定振動頻率下的靈敏度顯著提高,但是仔細(xì)設(shè)計和晶體安裝選擇可以將這些共振轉(zhuǎn)移到機(jī)械阻尼更有效的高頻.

加速度靈敏度是一個矢量量,可以用幅度和方向表示,也可以用三個正交矢量的總和表示,這三個正交矢量通常與振蕩器的邊對齊.感應(yīng)相位噪聲可由以下等式計算:

L(f)=20log((加速度靈敏度×加速度×振蕩器頻率)/(2×振動頻率)),

其中加速度是正弦波振動的g級,或者是隨機(jī)振動的1赫茲帶寬中功率譜密度的兩倍的平方根.

對隨機(jī)振動進(jìn)行計算.(它們可以通過輸入實際振動水平的一半來計算正弦波的振動.)第一部分計算給定固有頻率和阻尼因子的單自由度隔振系統(tǒng)的效果.第二幅圖顯示了安裝在減振系統(tǒng)上的具有特定加速度靈敏度的石英晶體振蕩器的相位噪聲.通過輸入非常高的固有共振頻率(1E6),可以從計算中移除隔振系統(tǒng),從而在所示的頻率范圍內(nèi)不會出現(xiàn)振動阻尼.振動曲線可以通過改變比例因子來輸入,或者從某個標(biāo)稱點增加或者減少水平.可以改變頻率點或者添加額外的列.

值得注意的是,加速度靈敏度的矢量特性意味著振蕩器對一個特定方向的振動最敏感,并且存在靈敏度接近零的平面(與靈敏度矢量正交的任何方向).在關(guān)鍵系統(tǒng)中,當(dāng)使用隔振器時,振蕩器可以定位成使得靈敏度向量指向最小振動的方向或最佳隔離的方向.已經(jīng)努力通過將加速度計指向靈敏度向量的方向來補(bǔ)償晶體振蕩器,以產(chǎn)生施加到電調(diào)諧的校正電壓.這種方法的增強(qiáng)版本可以使用數(shù)字信號處理器(DSP)將相當(dāng)線性的加速度計輸出轉(zhuǎn)換成校正振蕩器相位所需的相當(dāng)非線性的輪廓,甚至可能補(bǔ)償機(jī)械諧振.另一種方案使用兩個晶體,匹配的加速度矢量指向相反的方向.作者提出了一種自舉方案,采用兩個加速度矢量指向相同方向但幅度不同的晶體.

減少振動誘發(fā)相位噪聲的最常見方法是選擇低靈敏度晶體,并用低固有頻率的隔振器隔離振蕩器.當(dāng)尺寸至關(guān)重要時,振蕩器封裝中可能包含小型全向聚氨酯防震支架.當(dāng)空間允許時,外部振動底座可以提供較低的固有頻率,同時利用整個振蕩器的重量以及安裝板和額外鎮(zhèn)流器的重量(如有必要).振動支座必須仔細(xì)選擇,因為許多材料表現(xiàn)出隨溫度的顯著剛度變化,大多數(shù)支座表現(xiàn)出與方向相關(guān)的隔離.設(shè)計者必須在隔離組件周圍留出足夠的空間,以防止與具有正常振動水平的其他物體碰撞.

石英晶體振蕩器振動靈敏度的降低目前正受到頻率控制行業(yè)許多人的關(guān)注,包括貼片晶振和振蕩器制造商.振蕩器已經(jīng)達(dá)到了這樣的性能水平:一個人走過房間會降低近相噪聲,相對安靜的風(fēng)扇會產(chǎn)生遠(yuǎn)高于更好振蕩器的噪聲基底的邊帶.SC切割晶體并沒有產(chǎn)生人們所希望的性能改善,但是偶爾出現(xiàn)的單元表現(xiàn)出極好的性能,原因還不完全清楚,暗示解決方案就在眼前.

石英晶體振蕩器中的振動誘發(fā)相位噪聲

給定加速度靈敏度的單一值,將顯示振動對振蕩器相位噪聲的影響.這些曲線假設(shè)晶體和其他機(jī)械部件沒有顯著的共振,并且振動軸上的加速度靈敏度由感興趣頻率范圍內(nèi)的單個值精確描述.真實世界的石英晶體振蕩器會表現(xiàn)出一些共振,加速度靈敏度將取決于方向.真實世界的振蕩器也會有靜態(tài)相位噪聲,該噪聲可能大于振動引起的噪聲.包括了模擬隔振系統(tǒng)效果的條款.隔離器的固有頻率和阻尼系數(shù)將取決于安裝中使用的設(shè)計和材料以及振蕩器,安裝板和其他質(zhì)量.自然頻率和阻尼對溫度敏感,特別是在極端溫度下使用彈性體支座時.許多振動支座表現(xiàn)出與方向相關(guān)的剛度和阻尼.

隔振系統(tǒng)

隔振系統(tǒng)將表現(xiàn)出固有頻率(共振)和阻尼因子.下面的位移傳遞率曲線圖顯示了通過沖擊安裝系統(tǒng)到達(dá)振蕩器的振動量.超過固有頻率的振動將被隔振系統(tǒng)衰減,相位噪聲將得到改善.要模擬沒有隔振的振蕩器,請輸入非常高的固有頻率(即1E6).

振動分布最初設(shè)定為整個頻率范圍內(nèi)的恒定功率譜密度.振動分布單元可以被改變以在特定頻率下縮放標(biāo)稱振動水平.

振動水平(g2/Hz)乘以該振動曲線,而不是g/root-Hz.

深圳康華爾電子是一家致力于生產(chǎn)銷售石英晶振,石英晶體振蕩器,貼片晶振,32.768K音叉晶體等水晶元件的晶振廠家.所有產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于鐘表,通訊設(shè)備,電腦,儀器儀表,家用電器,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及各種頻率控制設(shè)備.并與多個進(jìn)口晶振品牌廠商有著長期的合作關(guān)系.