标签: 频率稳定

恒温晶振(OCXO; KO系列)对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术:将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态。 原理 传统的温度控制方法是通过开关设备来调整温度，类似于厨房烤箱。OCXO是用电路控制(Oven Control Circuit)温度。内部恒温箱(Oven)可以把稳定度控制的非常严格。恒温箱内装有一个石英晶体振荡器(Oscillator)或者石英晶体谐振器和外围振荡电路。 当热敏电阻或其它温度传感器设备（Temp Sensor）检测到温度变化时，会产生误差电压。误差电压被反馈到控制电路后，增加或减少功率的输出。从而实现更高的频率稳定度。 （图1：OCXO内部图） 应用 不同的应用领域有特定的要求，OCXO可以在恶劣环境下不受外界温度影响，达到稳定的输出频率。广泛应用于精密仪器，遥控遥测通信，雷达，电子对抗，导航等。 对于精密测距，高速目标跟踪，外层空间通信系统中要求 低相噪的晶振 。 频率稳定度 石英晶体有多种切割方式，最常见的是AT切。AT切割曲线图(图2)有两个转折点，分别为LTP和UTP。dF/dT值越小，表明随着温度变化，频率的变化越小，从而频率稳定性高。 （图2：AT切割温度曲线图） SC切割(也叫应力补偿切割)可以实现更高的精度，从而拥有更好的噪声性能，高Q值，低老化率，优异的频率稳定性。对振荡电路的不稳定敏感度较低，不易受到热应力和机械应力的影响。 对于OCXO而言，UTP点重要，因为LTP在25℃以下。图3的横坐标为温度，纵坐标为频差。对比可见，在转折点TP处，SC晶片频率误差更小。因此SC有更好的温度稳定性。 （图3：AT和SC切割的UTP点） 地位 OCXO比时钟振荡器，压控晶振，温补晶振有更优秀的稳定性和频率。OCXO在晶振的频率控制方面处于顶端。如果对频率源有更高的要求，则需要选择原子钟: 预热 OCXO需要较长的预热时间。随着运行状态的稳定，耗电量也会稳定。25℃室温下开机，SC切割晶体会比最终稳定频率低20ppm，AT切会比最终频率高60ppm。图4说明了SC切割晶片比AT切能在较快的时间内达到稳定工作的状态。 （图4：AT/SC切预热时间） 功耗 OCXO的内部恒温箱与时钟振荡器，压控振荡器，和温补振荡器相比较，功耗更高，不适合使用电池。OCXO在预热期间，功率可能达到2~4瓦。当达到25℃时，功耗可能会降低到0.7~1.5瓦。 恒温箱需要更多的功率去维持设定的温度。功率会随着温度的升高而降低。影响OCXO的功耗的因素有以下：恒温箱的尺寸，设定的温度，隔热量等。

晶振的短期频率稳定度由噪声引起导致的频率不稳定。其中，电噪声是根本原因。电噪声包括热噪声，散弹噪声，以及闪变噪声。导体的无规律热运动带来热噪声。从频域来看，对应的参数是相位噪声（Phase Noise）；从时域来看，对应的参数是抖动（Jitter）。时间和频域之间的关系互为倒数Time=1/Frequency。 抖动Jitter 抖动是信号偏离理想位置的程度，表示的是时域特征。单位一般用pS，fS表示。抖动分为确定性和随机性抖动。确定性抖动是可识别的干扰信号造成的，这种抖动的幅度有限。总抖动的构成如下： 在时域中，噪声是非周期的函数。而傅里叶分析可以把此函数分解成多个正弦周期的函数，如下。 相位噪声Phase Noise 若没有相位噪声，振荡器的整个功率都集中在f0（10MHz为例），功率频谱就是一条以f0为中心的直线，且信号为纯正的正弦波。但是任何信号都有不稳定性，从而产生了边带sideband。相位噪声通常定义为一个振荡器在某一偏移频率fm处1Hz宽带内的单边信号功率和信号的总功率比值，单位是dBc/Hz.通常表示为dBc/Hz@fm。 相位噪声的形成因素主要三方面： · A区主要是晶体Q值来决定。高频晶体有很高的近载波相位噪声（Close-in Phase Noise）, 因为他们有低的Q值和更宽的边带。 · B区主要是晶体外围电路(包括IC)来决定。 · C区主要是信号输出(白噪声)来决定。 抖动对系统稳定度的影响 低噪声KOAN晶振在精密电子仪器，无线电定位，高速目标跟踪和宇航通信等领域十分重要，下面一组图将说明抖动对系统稳定度的影响。 假设有一个微处理器系统，其中处理器的时钟上升前需要1ns的数据设置。如果时钟的周期抖动为-1.5ns，那么时钟的上升沿可能发生在有效期之前。因此微处理器将显示不正确的数据： 假设另一个微处理器系统的数据要求保持时间为2ns，但是时钟抖动为±1.5ns，那么数据保持时间实际上减少到0.5ns，因此微处理器也将显示不正确的数据 相位噪声转化为RMS Jitter RMS Jitter是对相位噪声图的弧面的面积做积分的计算。计算公式如下。最后的RMS Jitter值与振荡输出频率成反比。