高可靠性COTS石英晶体振荡器

石英晶体振荡器的特点是在很宽的温度范围内频率变化相对较小,频率随温度的变化通常以PPM/摄氏度表示,通过调整切角,晶体设计工程师可以为应用选择所需的温度系数,磨损和测量精度引起的公差相关的固有问题,影响晶体温度稳定性随温度变化的其他项目是驱动水平,石英板几何形状,相对于安装结构的定向以及与安装结构的接口.

在为现代电子应用选择低噪声振荡器时,通常会有工程师由于相对较低的单位,热衷于选择便宜的COTS(商业现货)零件成本和交货时间,从表面上看,此选项似乎适用于许多应用程序和最近许多程序试图使用这些产品代替高可靠性选项,导致性能不佳,高可靠性振荡器是最安全的并且最终是飞行应用的最具成本效益的选择.

商用振荡器之间存在着无数的明显差异,这是最简单的从表现开始,对于计时和精密应用的电气性能,以及相位噪声和抖动特性,可以显着改变电路的输出,振荡器的相位噪声和抖动经常导致错误的相位检测当使用相移键控(PSK)数字调制时,转换(即比特错误),数字化例如,在使用8相PSK的通信中,最大相位容差为±22.5°,其中±7.5°是典型的允许载波噪声贡献,例如,由于相位偏差的统计性质,如果存在1.5°相位偏差超过的概率±7.5°相位偏差为6X10-7,这可能导致误码率在许多情况下显着应用.

较小化相位噪声和抖动在现代中变得越来越重要电路应用,对于振荡器而言,相位噪声和抖动在很大程度上取决于石英晶体及其在振荡器内的设计和组装,因为冲击和振动可以产生即使在"低噪声"振荡器中也存在大的相位偏差,当一个频率振荡器乘以N,相位偏差也乘以N.例如,相位偏差为10-310MHz时的弧度在10GHz时变为1弧度,这种大相位偏移可以对系统的性能是灾难性的,例如那些依赖于锁相环的系统(PLL)或相移键控(PSK),低噪声,加速度不敏感的振荡器是必不可少的这样的应用.

苛刻环境是有源晶体振荡器的安全选择,因为它们是为这些环境设计,构造和测试,目的是制造100％可靠的产品适用于故障昂贵或危及生命的情况,振荡器是设计工作温度范围为-55°C至+125°C,从石英晶体元件开始包括电路,从石英棒切割晶体的角度进行了优化确切的温度范围,而COTS时钟可以在-55°C下工作,如果它们打开的话在室温下随后冷却至-55℃,已知它们存在问题在-55°C或其他低温下开启时启动(冷启动问题).

由于物理定律的存在,存在局限性,在非常宽的温度变化下通常不可能存在窄频率偏差,降低频率偏差和加宽工作温度范围是石英晶体谐振器的主要成本驱动因素,偏差和温度范围可以相互排斥,即使看起来存在将产生期望温度系数的切角,与切角相关的有限公差将使得谐振器的制造由于温度稳定性兼容谐振器的低产率而不实用.