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(guó)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(duì)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(shí)頻率略有變化.晶體表現(xiàn)出加速度敏感性,如果設(shè)計(jì)者粗心,電路也會(huì)如此.通過(guò)使用"2g翻轉(zhuǎn)"測(cè)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(shí),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,但是從一種晶體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(huì)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(dòng)也會(huì)改變頻率,增加振蕩器的整體靈敏度.

對(duì)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(dòng)會(huì)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(dòng)中.固定裝置可能在振動(dòng)機(jī)械附近,或者只是被附近的冷卻風(fēng)扇搖動(dòng).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(dòng)頻率下的靈敏度顯著提高,但是仔細(xì)設(shè)計(jì)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(gè)矢量量,可以用幅度和方向表示,也可以用三個(gè)正交矢量的總和表示,這三個(gè)正交矢量通常與振蕩器的邊對(duì)齊.感應(yīng)相位噪聲可由以下等式計(jì)算:

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

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

下面提供的電子表格對(duì)隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行計(jì)算.(它們可以通過(guò)輸入實(shí)際振動(dòng)水平的一半來(lái)計(jì)算正弦波的振動(dòng).)電子表格的第一部分計(jì)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振蕩器的相位噪聲.通過(guò)輸入非常高的固有共振頻率(1E6),可以從計(jì)算中移除隔振系統(tǒng),從而在所示的頻率范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)阻尼.振動(dòng)曲線可以通過(guò)改變比例因子來(lái)輸入,或者從某個(gè)標(biāo)稱點(diǎn)增加或者減少水平.可以改變頻率點(diǎn)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(duì)一個(gè)特定方向的振動(dòng)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(shí),振蕩器可以定位成使得靈敏度向量指向最小振動(dòng)的方向或最佳隔離的方向.已經(jīng)努力通過(guò)將加速度計(jì)指向靈敏度向量的方向來(lái)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(hào)處理器(DSP)將相當(dāng)線性的加速度計(jì)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(gè)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(gè)加速度矢量指向相同方向但幅度不同的晶體.

減少振動(dòng)誘發(fā)相位噪聲的最常見(jiàn)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(shí),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(shí),外部振動(dòng)底座可以提供較低的固有頻率,同時(shí)利用整個(gè)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(dòng)支座必須仔細(xì)選擇,因?yàn)樵S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(jì)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(dòng)水平的其他物體碰撞.

晶體振蕩器振動(dòng)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,包括晶體和振蕩器制造商.振蕩器已經(jīng)達(dá)到了這樣的性能水平:一個(gè)人走過(guò)房間會(huì)降低近相噪聲,相對(duì)安靜的風(fēng)扇會(huì)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(méi)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.

晶體振蕩器中的振動(dòng)誘發(fā)相位噪聲

給定加速度靈敏度的單一值,這個(gè)電子表格將顯示振動(dòng)對(duì)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(méi)有顯著的共振,并且振動(dòng)軸上的加速度靈敏度由感興趣頻率范圍內(nèi)的單個(gè)值精確描述.真實(shí)世界的振蕩器會(huì)表現(xiàn)出一些共振,加速度靈敏度將取決于方向.真實(shí)世界的振蕩器也會(huì)有靜態(tài)相位噪聲,該噪聲可能大于振動(dòng)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(jì)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(duì)溫度敏感,特別是在極端溫度下使用彈性體支座時(shí).許多振動(dòng)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(guò)沖擊安裝系統(tǒng)到達(dá)振蕩器的振動(dòng)量.超過(guò)固有頻率的振動(dòng)將被隔振系統(tǒng)衰減,相位噪聲將得到改善.要模擬沒(méi)有隔振的振蕩器,請(qǐng)輸入非常高的固有頻率(即1E6).

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

振動(dòng)水平(g2/Hz)乘以該振動(dòng)曲線,而不是g/root-Hz.

如果需要,熟悉電子表格的人可以解鎖工作表,為特定頻率添加新列.必須對(duì)包括減振行在內(nèi)的所有行進(jìn)行這種添加.可以通過(guò)復(fù)制圖案或突出顯示左側(cè)的前一個(gè)單元格和新單元格,然后選擇"向右填充"命令來(lái)輸入計(jì)算出的單元格.如果單元格不是計(jì)算值,只需鍵入值.

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(gè)進(jìn)口晶振品牌廠商有著長(zhǎng)期的合作關(guān)系.

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