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多功能相控阵雷达正不断推动着军事、气象、航天、海洋等诸多领域的技术革新。在这一仿真系统中， 晶体振荡器 承担着至关重要的角色。今天凯擎小妹聊一下晶振的作用及其对整体性能的影响和重要性。 什么是多功能相控阵雷达仿真系统？ 真正的相控阵雷达体积庞大、结构复杂、价格昂贵。而仿真系统就是在虚拟环境中，通过电脑软件进行建模和模拟雷达的各种功能、信号处理过程、目标探测，方便科研人员测试雷达系统。在这个仿真系统里，可以模拟不同的雷达信号、不同的目标、复杂的环境条件(比如天气、地形、电磁干扰等)，还可以测试不同算法和硬件参数如何影响雷达的探测效果。 晶振的角色是什么？ 频率基准多功能相控阵雷达的核心是对高速电磁信号的产生、接收、处理与控制。无论是模拟线性调频信号的发射，还是目标回波、杂波与噪声信号的精确仿真，都要求系统具备极其 稳定和精确的基准时钟 。 晶振以其极高的频率稳定度、优秀的相位噪声性能和低温漂特性，成为仿真系统中时基信号的首选。信号完整性晶振通过稳定的输出，避免了漂移和抖动，使信号发生器产生的调频信号具有高度的一致性和可重复性，从源头上保证了模拟信号的真实性和高保真度。晶振的微小抖动和误差都会被放大，直接影响后续目标识别、跟踪与融合算法的有效性。 晶振哪些参数，比较重要？ 在多功能相控阵雷达仿真系统中，系统频率稳定度由基准晶振直接决定。晶振质量的优劣，会影响系统的带宽、分辨率、探测能力上限等。 抖动大、老化快、环境适应性差的晶振可能会让系统失真 ，影响研发和测试的有效性。雷达仿真设备经常用于 极端温度、电磁干扰、振动 等严苛环境条件下。高端晶振产品具备良好的环境适应能力和屏蔽抗干扰性能，从而降低信号抖动和漂移。 晶振推荐 ： 1. 仿真雷达系统，需要什么样的晶振？ 仿真系统并不像真实雷达那么极端地依赖射频精度和抗严苛环境特性，但它对时钟精度、一致性和低相位噪声依然有较高要求。所有的数字信号处理、采样控制、算法验证等都离不开精确稳定的频率源。仿真系统通常会选用高品质的石英晶体振荡器(KS系列)，温补晶振(KT系列)。凯擎小妹建议关注以下参数： ·频率稳定度高 ·抖动和相位噪声小 2. 真实雷达系统，需要什么样的晶振？ 因为雷达对信号的相位噪声、频率精准、同步控制、温度漂移、抗干扰和可靠性等都有极高标准，晶振的优劣直接影响雷达系统的距离精度、多普勒速度分辨、数百公里同步协同等关键性能。凯擎小妹建议使用： ·高稳恒温晶体振荡器(KO系列)：采用恒温控制，频率极其稳定，适用于精密雷达系统的主基准。 ·温补晶体振荡器(KT系列)：具备温度自动补偿功能，适合对体积和成本有一定要求的嵌入式雷达。 ·高频低相噪晶振(KJ系列)或铷原子钟：要求极低的相位噪声，极高的标定精度，用于多个系统协作/站间同步的需求。

从智能手机、物联网设备到卫星系统，几乎所有现代通信设备都依赖于精确的信号同步与频率控制。其中，晶振是无线通信系统中的关键元件。本期，凯擎小妹将探讨晶振在无线通信中的重要性及其具体应用。 石英晶体在受到电压时会机械变形，同时当其被机械拉伸或压缩时也会产生电压。这种双向的效应使得晶体在某一特定频率下可以形成稳定的振荡信号，该频率称为其“谐振频率”。 无线通信应用 频率稳定性和精度： 无线通信设备需要在特定频率下发送和接收信号。如果频率偏移，会导致信号混淆、失真、无法通信。晶振的精度通常可达到百万分之一甚至更高，确保通信双方在相同频道下进行交流。 调制与解调： 在无线通信中，调制（如频率调制FM、相位调制PM）是将信息叠加到载波频率上的过程。晶振生成的载波频率直接决定了调制质量和通信距离。接收端的解调器同样依赖晶振来锁定并提取信息信号。 时钟同步与系统协调： 在复杂的无线网络系统，例如5G基站、GPS导航系统，多台设备需要进行高精度的时间同步。晶振为系统提供主时钟信号，确保整个网络中数据收发的节奏一致，防止数据冲突与延迟。 低功耗通信： 低功耗晶振在维持频率精度的同时，能耗极低，是便携设备理想的时钟源。晶振有如下低功耗晶振的选择： 低电压晶振1.2V，频率范围0.25MHz ~ 60MHz； 时钟振荡器32.768KHz； 温补振荡器低电流1.5μA @ +3.3V 32.768KHz。 具体应用 无线游戏手柄： 晶振提供稳定的时钟信号，确保手柄与游戏主机之间的快速、准确通信。通过维持稳定的频率，晶振减少了信号干扰，提高了游戏体验的流畅性。 无线电发射： 晶振用于产生精确的载波频率。它确保发射的无线电波在正确的频率上，从而避免与其他信号的冲突。

激光雷达系统需要用精确的时间测量来计算距离和生成高分辨率的3D图像。晶振在激光雷达系统中起着关键作用，主要用于提供稳定的时钟信号和高精度的时间基准。 图片来源：Wingtra 晶振的作用 1. 时间基准: 激光雷达通过发射激光脉冲并测量其返回时间来计算物体的距离。因此需要一个非常精确的时间基准。晶振提供的稳定时钟信号确保时间测量的准确性，从而保证距离计算的精度。 2. 数据采集与处理: 激光雷达系统在接收到反射信号后，需要快速进行数据采集和处理。晶振提供的时钟信号用于同步数据采集和处理单元，确保系统能够高效且准确地工作。 3. 系统同步: 在多激光雷达传感器的系统中，各个传感器之间需要同步工作。KOAN晶振提供的统一时钟信号使不同传感器的数据可以有效地整合在一起，避免数据错位或不一致的问题。 4. 调制与解调: 一些激光雷达系统采用频率调制连续波（FMCW）技术来提高测量精度和抗干扰能力。晶振在这种系统中用于生成和控制调制信号的频率，确保调制和解调过程的准确性和稳定性。 晶振的选择 1. 频率稳定性: 激光雷达系统要求时钟信号具有极高的频率稳定性，以确保时间测量的准确性。通常选择温补晶振TCXO或压控晶振VCXO等高稳定性晶振 2. 相位噪声和抖动: 低相位噪声和低抖动的晶振有助于提高激光雷达系统的测量精度和信号处理能力。可选择KOAN的低抖动晶振KJ系列。 3. 工作温度范围: 激光雷达系统可能在各种环境条件下工作，因此晶振需要在宽温度范围内保持稳定的性能。 4. 尺寸和功耗: 在移动或无人驾驶汽车应用中，晶振的尺寸和功耗也是重要的考虑因素。小型化和低功耗的晶振可以帮助降低系统的整体能耗和体积。

物联网应用中，晶振的作用是同步时钟，无线通信的准确性，节能运行等。32.768kHz晶振，低功耗晶振，小型化晶振在物联网应用中是十分常见。 物联网应用图，来源: (Rafique,2020) 晶振在IoT应用中的作用 1. 同步: 保持设备时钟的同步。例如，智能照明系统可以在特定的时间打开或关闭，以确保设备之间的协调。 2. 无线通信: WiFi、蓝牙等无线协议依赖于频率的准确性。晶振调节用于数据传输和接收的载波频率。例如，配备晶振的健身手环可以与智能手机传输健康数据。 3. 节能: 物联网设备需要在电池供电下长期运行，因此采用低功耗晶振十分关键。 4. 数据准确性: 晶振确保传感器的内部时钟准确。例如，智能温室的温湿度传感器使用晶振来获得准确的时间信息，保证晶振的温湿度调整。 物联网应用中，晶振的选择 32.768kHz RTC时间是以振荡频率来计算的。它不是一个时间器，而是一个计数器。32.768kHz产生的振荡信号可以通过分频器进行15次分频后可以得到1Hz的秒信号。 温补晶振利用压电晶体的物理特性，通过温度补偿电路减少环境温度对振荡频率的影响，从而提高频率稳定性,有两款KOAN32.768kHz频率的规格可供选择：KT3225, KT7050。 低功耗晶振：用于长时间运行低功耗设备 时钟振荡器32.768KHz：KS32/KS50/KS70 温补振荡器低电流1.5μA @ +3.3V 32.768KHz,：KT3225. 低电压时钟振荡器1.2V, 频率范围为0.25MHz~60MHz：KS7050, KS5032, KS3225。 小型化晶振：用于空间有限的设备 小型化的贴片晶体KX16，频率范围是24MHz~54MHz，负载电容可选8~32pF； 温补晶振KT16CS，削峰正弦波输出，频率范围是13MHz ~ 52MHz，可选择1.8V~2.5V工作电压。

晶振提供时钟信号，用于同步音频设备中的各个部分的运行。高质量晶振可能会带来更清晰、更精确的音质。而质量较低的振荡器会导致声音抖动，出现噪音和失真。 影响音质的晶振参数 1. 相位噪声: 抖动会导致音频信号的失真和不稳定性，因此低抖动的晶振能够确保音质的稳定和清晰。《相位抖动是从哪来的？》 2。 频率稳定性: 频率稳定性表示晶振的输出频率因温度变化、频率老化、电压变化、输出负载变化等外部条件而发生的变化，详见《晶振的总频差》。高质量的KOAN振荡器的频率稳定性高，保证音质的一致性。 影响音质的其它因素 虽然晶振对音质的总体影响较小，但它对音响设备整体保真度有影响。影响音质的其它因素有数字模拟转换器质量、模拟电路和电源供应。 1. 数字模拟转换器: DAC在将数字信号转化为模拟波形时发挥重要作用。低失真水平的高质量DAC保证音频的准确性。 2. 模拟电路: 模拟信号路径中电容器、电阻器和其他组件的质量对音质的影响很大。高级组件可以最小化噪音和失真。 3. 电源供应: 稳定的电源确保所有电子元件的最佳性能。 晶振推荐 1. 32.768KHz:32.768kHz的晶体和振荡器主要应用于实时时钟，具有小体积低功耗的特点。用于同步各个部件的操作，确保音频信号的准确采样、处理和输出。 2. 低抖动晶振: KOAN低抖动振荡器可以降低时钟信号的波动，减少数字信号的抖动，从而减少音频信号中的失真和噪声。这有助于提升音响系统的声音清晰度、分辨率和动态范围，使音乐听起来更加逼真。 3. 压控晶振: 在音响应用中的主要作用是调整音频设备的时钟频率，以纠正时钟信号的偏差或抖动，从而提升音频信号的质量和准确性。 4. 恒温晶振: 能够在不同的温度条件下保持稳定的频率输出，从而确保音响设备在各种环境下都能提供一致的性能和音质。