新型元器件将继续向微型化,片式化,高性能化,集成化,智能化,环保节能方向发展.我国电子元件的产量已占全球的近39%以上,产量居首位的产品有:电容器,电阻器,电声器件,磁性材料,压电石英晶体,微特电机,电子变压器,印制电路板.针对石英晶振这块,康华尔电子下面提供一些关于选择低灵敏度晶振减少相位噪声的技术支持.

石英晶体振荡器在加速时频率略有变化.晶振表现出加速度敏感性,如果设计者粗心,电路也会如此.通过使用"2g翻转"测试,可以在稳定的烤箱振荡器中观察到这种灵敏度.当振荡器颠倒时,作用在晶体上的力变化了2g(正一g到负一g).典型的SC切割的10MHz晶体将改变大约0.02Hz,这给出了大约0.01Hz/g的灵敏度.通常,较高频率的晶体将具有较小的g灵敏度,但是从一种石英晶振到下一种晶体以及从一种晶体支架类型到下一种晶体支架类型,灵敏度会有很大的变化.改变关键部件上的应力甚至轻微的移动也会改变频率,增加振荡器的整体灵敏度.

对加速度的敏感性意味着在许多设备机架和仪器中发现的随机和周期性机械振动会在高性能晶体振荡器中引起显著的相位噪声.便携式设备暴露在卡车,坦克,轮船,直升机,喷气式飞机甚至背包中的巨大震动中.固定装置可能在振动机械附近,或者只是被附近的冷却风扇摇动.晶体支架,电路板和外壳可以表现出机械共振,这使得振荡器在特定振动频率下的灵敏度显著提高,但是仔细设计和晶体安装选择可以将这些共振转移到机械阻尼更有效的高频.

加速度灵敏度是一个矢量量,可以用幅度和方向表示,也可以用三个正交矢量的总和表示,这三个正交矢量通常与振荡器的边对齐.感应相位噪声可由以下等式计算:

L(f)=20log((加速度灵敏度×加速度×振荡器频率)/(2×振动频率)),

其中加速度是正弦波振动的g级,或者是随机振动的1赫兹带宽中功率谱密度的两倍的平方根.

对随机振动进行计算.(它们可以通过输入实际振动水平的一半来计算正弦波的振动.)第一部分计算给定固有频率和阻尼因子的单自由度隔振系统的效果.第二幅图显示了安装在减振系统上的具有特定加速度灵敏度的石英晶体振荡器的相位噪声.通过输入非常高的固有共振频率(1E6),可以从计算中移除隔振系统,从而在所示的频率范围内不会出现振动阻尼.振动曲线可以通过改变比例因子来输入,或者从某个标称点增加或者减少水平.可以改变频率点或者添加额外的列.

值得注意的是,加速度灵敏度的矢量特性意味着振荡器对一个特定方向的振动最敏感,并且存在灵敏度接近零的平面(与灵敏度矢量正交的任何方向).在关键系统中,当使用隔振器时,振荡器可以定位成使得灵敏度向量指向最小振动的方向或最佳隔离的方向.已经努力通过将加速度计指向灵敏度向量的方向来补偿晶体振荡器,以产生施加到电调谐的校正电压.这种方法的增强版本可以使用数字信号处理器(DSP)将相当线性的加速度计输出转换成校正振荡器相位所需的相当非线性的轮廓,甚至可能补偿机械谐振.另一种方案使用两个晶体,匹配的加速度矢量指向相反的方向.作者提出了一种自举方案,采用两个加速度矢量指向相同方向但幅度不同的晶体.

减少振动诱发相位噪声的最常见方法是选择低灵敏度晶体,并用低固有频率的隔振器隔离振荡器.当尺寸至关重要时,振荡器封装中可能包含小型全向聚氨酯防震支架.当空间允许时,外部振动底座可以提供较低的固有频率,同时利用整个振荡器的重量以及安装板和额外镇流器的重量(如有必要).振动支座必须仔细选择,因为许多材料表现出随温度的显著刚度变化,大多数支座表现出与方向相关的隔离.设计者必须在隔离组件周围留出足够的空间,以防止与具有正常振动水平的其他物体碰撞.

石英晶体振荡器振动灵敏度的降低目前正受到频率控制行业许多人的关注,包括贴片晶振和振荡器制造商.振荡器已经达到了这样的性能水平:一个人走过房间会降低近相噪声,相对安静的风扇会产生远高于更好振荡器的噪声基底的边带.SC切割晶体并没有产生人们所希望的性能改善,但是偶尔出现的单元表现出极好的性能,原因还不完全清楚,暗示解决方案就在眼前.

石英晶体振荡器中的振动诱发相位噪声

给定加速度灵敏度的单一值,将显示振动对振荡器相位噪声的影响.这些曲线假设晶体和其他机械部件没有显著的共振,并且振动轴上的加速度灵敏度由感兴趣频率范围内的单个值精确描述.真实世界的石英晶体振荡器会表现出一些共振,加速度灵敏度将取决于方向.真实世界的振荡器也会有静态相位噪声,该噪声可能大于振动引起的噪声.包括了模拟隔振系统效果的条款.隔离器的固有频率和阻尼系数将取决于安装中使用的设计和材料以及振荡器,安装板和其他质量.自然频率和阻尼对温度敏感,特别是在极端温度下使用弹性体支座时.许多振动支座表现出与方向相关的刚度和阻尼.

隔振系统

隔振系统将表现出固有频率(共振)和阻尼因子.下面的位移传递率曲线图显示了通过冲击安装系统到达振荡器的振动量.超过固有频率的振动将被隔振系统衰减,相位噪声将得到改善.要模拟没有隔振的振荡器,请输入非常高的固有频率(即1E6).

振动分布最初设定为整个频率范围内的恒定功率谱密度.振动分布单元可以被改变以在特定频率下缩放标称振动水平.

振动水平(g2/Hz)乘以该振动曲线,而不是g/root-Hz.

深圳康华尔电子是一家致力于生产销售石英晶振,石英晶体振荡器,贴片晶振,32.768K音叉晶体等水晶元件的晶振厂家.所有产品广泛应用于钟表,通讯设备,电脑,仪器仪表,家用电器,卫星导航系统及各种频率控制设备.并与多个进口晶振品牌厂商有着长期的合作关系.