康比電子該篇文章接下來的討論適用于寬溫度范圍的頻率標準(即,那些設計為在跨越至少90%的溫度范圍內工作的標準).在更窄的溫度范圍內運行的實驗室設備比下面的對比設備具有更好的穩定性.商用頻率源涵蓋幾個數量級的精度范圍——從簡單的X0到銫束頻率標準.隨著精度的提高,功率需求,尺寸和成本也在增加.例如,圖33顯示了精度和功率要求之間的關系.精確度和成本是相似的
圖32.由于氯含量變化,補償頻率隨溫度的變化;溫度補償晶體振蕩器(TCXO)微調效應
圖33.準確度和功率要求之間的關系(X0:簡單石英晶體振蕩器,TCXO:溫度補償晶體振蕩器,OCXO:爐控晶體振蕩器,RB:銣頻標,CS:銫束頻標).
頻率標準的特性.
表2給出了原子振蕩器的特性:銣和銫頻率標準以及銣晶體振蕩器(RbXO).在原子頻率標準中,輸出信號頻率由兩種原子狀態之間的能量差決定,而不是由塊狀材料的某些特性決定(如石英振蕩器).RbXO是一種適用于功率可用性有限,但需要原子頻率標準精度的應用的設備.它由銣頻標,低功率,高穩定性晶體振蕩器和控制電路組成,控制電路將晶體振蕩器的頻率調整到銣頻標的頻率.銣標準周期性地開啟(例如,一周一次),持續幾分鐘,以預熱和校正晶體振蕩器的頻率.有了RbXO,就可以用晶體振蕩器的低(平均)功率要求來達到銣標準的長期穩定性.
7個頻率控制設備
選擇振蕩器時需要回答的主要問題包括:
1.系統正常運行需要什么樣的頻率精度或再現性?
2.這種精度必須保持多久,即振蕩器將定期校準或更換,還是有源晶振振蕩器必須在系統壽命期間保持所需的精度?
3.有足夠的電源嗎,或者振蕩器必須用電池工作嗎?
4.允許什么樣的預熱時間(如果有的話)?
5.振蕩器必須在什么樣的極端環境下工作?
6.短期穩定性(相位噪聲)要求是什么?
7.尺寸限制是什么?
表2顯示了顯著性的比較
關于第二個問題,什么成本應該被最小化:初始采購成本還是生命周期成本?通常,重新校準的成本遠遠高于能夠提供無校準壽命的振蕩器的附加成本.更好的振蕩器也可以簡化系統的設計.
振蕩器的頻率是另一個重要的考慮因素,因為選擇會對成本和性能產生重大影響.在其他條件相同的情況下,標準頻率(如5或10兆赫)的振蕩器(制造商對此已有成熟的設計)的成本將低于不尋常頻率(如8.34289兆赫)中的一個頻率.此外,對于厚度剪切晶振(如AT切割和SC切割),頻率越低,老化的[頻率越低.由于在遠低于5MHz的頻率下,厚度剪切晶體變得太大,不利于經濟制造,并且由于所有最高穩定性的振蕩器都使用厚度剪切晶體,因此市場上可買到的最高穩定性石英晶體振蕩器的頻率為5MHz.這種振蕩器在載波附近也具有最低的相位噪聲能力.市場上也有一些出色的lo-MHz振蕩器;然而,頻率遠高于10MHz的振蕩器比5MHz的振蕩器在載波附近具有明顯更高的老化速率和相位噪聲水平.對于遠離載波的最低相位噪聲,其中信噪比決定噪聲電平,高頻晶體(例如10Hz)可以提供較低的噪聲,因為這種晶體可以容忍較高的驅動電平,從而允許較高的信號電平.
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