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(nèi)工作的標準).在更窄的溫度范圍內(nèi)運行的實驗室設備比下面的對比設備具有更好的穩(wěn)定性.商用頻率源涵蓋幾個數(shù)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(tài)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(wěn)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(xù)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(wěn)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(tǒng)正常運行需要什么樣的頻率精度或再現(xiàn)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(tǒng)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(huán)境下工作?
6.短期穩(wěn)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(tǒng)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(chǎn)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(jīng)濟制造,并且由于所有最高穩(wěn)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(wěn)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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