影響晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性因素有哪些

石英晶體振蕩器

在恒定的負載和溫度的條件下，輸出電壓源給到晶體會產(chǎn)生機械振蕩，進而產(chǎn)生特定頻率的電壓信號，稱為石英晶體振蕩器。所產(chǎn)生的頻率與晶體的形狀和大小有關(guān)系，晶體越薄，共振頻率越高，且晶體經(jīng)過切割后不能產(chǎn)生任何的其他頻率。

主要的影響因素

對于石英晶體振蕩器而言，有許多因素影響到系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，如：老化、噪聲、溫度、保持電路、可保持性、磁場、濕度、電源電壓與震動。下面介紹某些重要因素：

①　不穩(wěn)定因素-時間

老化與短期是時間影響頻率不穩(wěn)定性的主要因素。老化是由于振蕩器內(nèi)部變化造成的頻率的長期系統(tǒng)性變化。雖然老化影響頻率范圍只有幾PPM，但對于DTV或機頂盒這類需精確頻率系統(tǒng)的產(chǎn)品來說特別重要。而短期的不穩(wěn)定性本質(zhì)上具有隨機性，往往可以定義為噪聲。影響老化的因素有很多，如：質(zhì)量轉(zhuǎn)移、晶體受到的應(yīng)力、熱膨脹、安裝受力、鍵合單元、晶振的驅(qū)動電平以及DC偏置等都會影響到晶振的使用期限。理想狀態(tài)下，短期的石英晶體振蕩器的輸出是完美的正弦波。然而理想系統(tǒng)中隨機噪聲或閃爍噪聲會導(dǎo)致信號的相位偏移，從而造成頻率為了保持2nπ相位條件而發(fā)生改變。相位斜率dφ/df與QL成正比，必須保持高值，以確保最高的頻率穩(wěn)定性。為了維持高相位斜率，Cm 應(yīng)當(dāng)盡可能小。因此，fs與fp之間電抗/頻率的斜率越大，則頻率穩(wěn)定性越高。

②　不穩(wěn)定因素-溫度

不同產(chǎn)品的訴求，對溫度的訴求不一樣。一般,石英晶體振蕩器的溫度分為民、企、工、航天等級別，溫度范圍在-40℃~+150℃，然而隨著升至極端溫度，額定頻率的變化開始增大，有可能達到幾十ppm.計算等應(yīng)用可以承受這一點，但是對于導(dǎo)航、雷達、無線電通信、衛(wèi)星通信等對準(zhǔn)確度與精度要求極高的應(yīng)用來說，則無法接受這種巨大變化。因此，此類應(yīng)用需要在系統(tǒng)中添加額外的補償元件

③ 不穩(wěn)定因素-可調(diào)諧性

對于頻率范圍要求不高或較寬的頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧性會導(dǎo)致不穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)可調(diào)諧性，需要采用濾波器消除多余的頻率模式。然而這樣會影響到可協(xié)調(diào)性很難實現(xiàn)更高的頻率穩(wěn)定性，因為負載電抗會受到濾波器中使用的變抗器的雜散電容與電感的影響。

④　不穩(wěn)定因素-保持電路

當(dāng)在晶振中增加外部負載電容器時，電容器與雜散電容的容差會導(dǎo)致實際負載電容偏離所需值。負載電容的這種變化也會造成頻率改變。其可從下式求出：

*Cm：晶振動生電容;

*CS：晶振分流電容;

*CL_NOM：負載電容;

*CL：實際電容。