振荡器的生产及应用过程中怎样才能保持稳定性

振荡器的生产及应用过程中怎样才能保持稳定性

振荡器出现频差是在所难免的,不可能永远固定在在一个频点输出,即使是像温补晶振这样的高精度晶振能够达到的最高频率公差也就0.5ppm,这还是极限状态;即便如此,频差大依旧是工程师以及客户的一个非常头疼的问题,所以提升稳定性是势在必行的,那么我们接下来就来讨论一下怎样在生产及应用过程中保持振荡器稳定性.

文中所介绍到的”稳定性”被定义为振荡器在给定的时间跨度内保持一致的固定频率的能力.振荡器越稳定,精度就越可靠,在通信和雷达等应用中,晶体振荡器的稳定性至关重要.晶体振荡器的稳定性丧失表现为”漂移”,这种现象会降低性能并导致许多技术甚至法律问题,具体取决于应用.

频率漂移用于描述信号随时间的精度的变化,导致这种情况的原因有可能是湿度和温度环境因素引起.由电路长时间工作引起的热量也会对石英晶振晶体稳定性产生负面影响,因为它会改变电感器,电阻器和电容器等元件的值.其他因素包括振荡器工作电压的变化,机械振动等.与实现石英晶体振荡器持久稳定性相关的主要挑战之一是,在许多情况下,振荡器可能已经使用多年,然后才会出现漂移迹象,并且可能会持续很长一段时间,检测到漂移.

大多数人遇到的漂移的一个简单例子是当FM或AM无线电台的频率漂移到相邻频率时,导致干扰来自其他电台的其他广播.这对于听众而言是令人讨厌的,并且可能导致监管机构(例如FCC)对于未能解决其频率稳定性问题的站点的问题,特别是如果它已经漂移到其操作非法的带宽中.

对于一些相对不那么重大的工程应用而可能调整下也不会造成特别严重的问题.但如果是在处理一些比较复杂的通信,雷达,定位,导航和计时系统时,所要面临的问题则会多的多.稳定性对于这些系统至关重要,因为用于引导这些应用中的有源晶振显着漂移可能具有潜在的致命后果.

那么要保持晶体振荡器稳定性的解决方案有哪些呢?

石英晶振,晶体振荡器不是在任何使用环境下都能够保持100％,但是我们可以采取措施来提高稳定性并最大限度地减少漂移的破坏性影响.

采取的正确方法在每种情况下都会有所不同.例如,利用淹没电容器和调节电路的电源可以帮助减轻漂移并保持稳定性.将电路与机械振动隔离也是防止振动失去振荡器稳定性的简单而有效的方法.

但是,保持晶体振荡器稳定性和最小化漂移的最佳方法是首先为您的应用选择最佳设计.某种形式的温度控制或补偿可以防止环境温度以及电路元件产生的热量对稳定性产生负面影响.高质量温度补偿(TCXO晶振)和烤箱控制晶体振荡(OCXO晶振)产生的频率比暴露在环境温度下的石英晶体振荡器稳定得多.工程师还应确保晶体切割本身针对内部工作温度进行了优化.

有源石英晶振的定期校准是一个好主意-根据应用的不同,需要的晶振频率会有所不同,但每6-12个月是一个常见的时间表.