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4种提高晶体振荡器动态相位噪声性能的方法

来源：http://www.hneyq.com 作者：亿金电子 2019年06月10

加速度灵敏度是有源晶体振荡器对任何方向施加的外力的固有灵敏度.石英晶体振荡器在产品中使用至关重要,可以说是提供了我们每天都依赖的电子设备的心跳.石英晶振晶体使用比较特别的是,如果施加电压,石英会开始振动.不利的一面是,如果施加振动,石英会产生电压.该电压显示为相位噪声是电路产品中的阻力因素.

该相位噪声或频率变化的大小与施加的力或加速度的大小成正比.力越大,晶振频率不稳定性越大,噪声越大.晶体加速度灵敏度引起的频率不稳定会影响振荡器性能的许多方面,例如：ADEV（短期稳定性）、相位噪声性能、RMS相位抖动.
数字通信系统和RF系统的性能可能受到这种振动引起的相位噪声的影响.该错误将表现为BER（误码率）的增加.例如,在多普勒雷达系统中,由于振动引起的能量导致显着的退化,导致威胁检测丢失,使操作员处于危害之中.

那么对此情况我们可以做些什么呢？所有石英晶体都表现出一定程度的固有振动敏感性.所以问题仍然存在.在减少加速度灵敏度对客户系统的影响方面,有许多不同的选择.
以下是我们在Bliley晶振集团亲自申请的一些选项：①适当的谐振器选择(例如:使用的水晶切割类型)②谐振器级别的振动屏蔽(屏幕获得最佳g灵敏度)③被动隔离(机械阻尼)④电子补偿
上面列出的所有方法都可以在Bliley的晶体振荡器设计中实现,对我们的客户影响最小.下面一起看看这些操作使用方法.

1.响应选择,适当的晶体选择是迄今为止在动态条件下实现更好性能的最简单方法.
切割晶体会对整个系统性能产生很大影响.AT切割晶体广泛用于许多类型的参考时钟.研究表明,AT切割晶体的性能几乎与SC切割晶体一样好.这篇文章涵盖了SC在AT中的优势.
然而,SC切割晶体的整体γ矢量仍然远优于AT切割晶体.
晶体安装结构也对晶体在振动下的表现起着重要作用.有各种采用不同安装结构的晶振晶体封装,但我们根据我们的经验发现,采用4点安装结构的HC35（TO-5）和HC37（TO-8）封装在抗振性方面具有最高水平.
通过将石英晶体固定在4个位置,我们可以彻底改变封装的安装谐振,从而减少对振动下性能的总体影响.今天许多供应商仍在HC45型支架中使用2pt安装座,以及大多数表面贴装VCXO压控晶体振荡器和TCXO温补晶体振荡器封装中的2 pt悬臂式安装座.

2.振动筛选
选择合适的晶振晶体后,我们可以通过筛选所有轴的加速度灵敏度来进一步保证客户的性能. 通过在安装到振荡器封装之前预先筛选晶体,我们可以降低客户的成本,并在标准封装中提供定制解决方案.
在Bliley晶振集团,我们通过诱导具有已知量值的正弦或随机力来进行筛选.然后,我们使用相位噪声分析仪测量降解.如果使用给定频率的正弦波形,我们测量单音引起的杂散.根据该数据,我们可以计算出谐振器的加速度灵敏度.如果对晶体应用随机光谱,我们基本上可以测量振动带宽上的相位噪声,并根据给定的PSD计算g灵敏度.

3.机械隔离
被动隔离会对参考时钟的加速度灵敏度产生深远的影响.如果输入振动减小,退化也会减少.被动隔离确实有其缺点,因为系统可能会变得相当大,具体取决于您所隔离的内容.
平台的共振频率也是一个大问题.典型的安装座可以具有3.5至4的传递率,这意味着输入系统的力将被放大.应注意不要超过系统最大位移,否则可能发生隔离器损坏.
这个问题导致我们采用低固有频率隔离方案.理论上,1Hz以下的隔离结构是理想的,但实际上由于所需的阻尼机制和摇摆空间,这些系统非常大.这是电子补偿的来源......

4.电子补偿
通过采用电子补偿,我们可以最小化被动隔离系统的尺寸,同时仍然获得无源安装的好处.电子补偿还将最小化隔离结构谐振频率的影响.
电子补偿提供了卓越的结果,并且可以达到比标准石英晶体低两个数量级的振动不敏感度.我们使用的典型补偿方案可以将振动范围覆盖到大约500Hz,而隔离结构在大约120Hz时开始衰减.

这种宽泛的交叉使我们能够大大提高晶体的性能,并为我们的客户提供振动免疫参考信号.以下是已讨论的以下选项的理论性能基准.该基准测试是参考代表性的操作振动规范生成的.

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