有時關于石英晶振對于應用的適用性受到確定性現象的限制.在其他情況下,隨機過程確定了性能限制.除振動外,短期不穩(wěn)定性幾乎總是由噪聲引起的.石英和銣標準物的長期性能主要受溫度敏感性和老化限制,但銫和一些氫標準物的長期性能主要受隨機過程的限制.噪聲會對系統(tǒng)性能產生許多不利影響.在這些效果中有以下幾種:
(1)它限制來確定當前狀態(tài)和精密振蕩器的可預測(例如,一個振蕩器的噪聲產生?的時間預測錯誤的能力的TS _ÿ(噸用于預測間隔)噸);
(2)它限制了同步和諧振精度;
(3)它可以限制接收器的有用動態(tài)范圍,信道間隔和選擇性;
(4)它可能導致數字通信系統(tǒng)中的誤碼;
(5)它可能導致失鎖,并限制鎖相環(huán)系統(tǒng)的采集和重新獲取能力;
(6)它可以限制雷達性能,尤其是多普勒雷達.
有必要采用適當的統(tǒng)計方法來表征石英晶體振蕩器不穩(wěn)定性的隨機分量.噪聲表征受試者已經審查和也是IEEE標準的主題[.由s _y(T)表示的雙樣本偏差是時域中短期不穩(wěn)定性的度量.由L(f)表示的相位噪聲或由Sf(f)表示的相位不穩(wěn)定性是頻域中的不穩(wěn)定性的度量;的L(f)º小號?F(F)/2.
在大多數晶體振蕩器類型中,使用可變負載電容器將振蕩頻率調整到所需值.這種振蕩器在圖4的并聯諧振區(qū)域工作,其中電抗與頻率斜率(即"剛度")與C₁成反比.為了最大化振蕩器電路中的電抗(或相位)擾動的頻率穩(wěn)定性,電抗斜率(或相位斜率)必須最大.這要求C₁最小.然而,C₁越小,調諧振蕩器越困難(即,對于給定的C_L變化,Df'越小).最高穩(wěn)定性的振蕩器使用具有小C₁_的晶體單元(和高Q).由于C₁隨著泛音數迅速減少,因此高穩(wěn)定性振蕩器通常使用三次或五次泛音晶體單元.高于五分之一的泛音很少使用,因為R₁也隨著泛音數迅速增加,并且通常需要一些可調性以允許將振蕩器設置為所需頻率.

圖1晶體單元的電抗與頻率的關系

寬調諧范圍壓控晶振使用大C₁_的基模晶體單元.電壓控制用于以下目的:頻率或鎖相兩個振蕩器;用于頻率調制;補償,如TCXO;并用于校準(即,用于調整頻率以補償老化).高穩(wěn)定性,經過烤箱化的10-MHzVCXO可能具有±5x10^-7的頻率調節(jié)范圍和2x10^-8的老化速率,而寬調諧范圍的10-MHzVCXO可能具有調諧范圍為±50份/百萬(ppm),老化率為每年2ppm.
通常,使振蕩器在寬頻率范圍內可調諧會降低其穩(wěn)定性,因為使振蕩器容易受到故意調諧也會使其容易受到導致無意調諧的因素的影響.例如,如果一個恒溫晶體振蕩器(OCXO)設計為在特定平均時間內具有1x10^-12的穩(wěn)定性,并且可調諧性為1x10^-7,那么石英晶振的負載電抗必須穩(wěn)定在1平均時間為x10^-5.實現這樣的負載電抗穩(wěn)定性是困難的,因為負載電抗受雜散電容和電感,變容二極管的電容與電壓特性的穩(wěn)定性以及變容二極管上的電壓的穩(wěn)定性的影響.而且,1x10^-5負載電抗穩(wěn)定性不僅必須在良性條件下保持,還要在變化的環(huán)境條件(溫度,振動,輻射等)下保持.因此,振蕩器的調諧范圍越寬,保持高穩(wěn)定性就越困難.

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石英晶振穩(wěn)定性與可調性

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