石英晶体谐振器和振荡器 频率控制和定时应用教程(之五）

正弦振动引起的相位噪声

正弦振动在载波±fv处产生谱线，其中fv是振动频率。

例如，如果Γ=1 x 10-9/g，f0=10 MHz，那么即使

振荡器在静止时完全无噪声，相位“噪声”

即，仅由1g的正弦振动水平引起的谱线将为；

随机振动引起的相位噪声

随机振动对相位噪声的贡献由下式给出：

例如，如果Γ=1 x 10-9/g，f0=10 MHz，那么即使

振荡器在静止时完全无噪声，相位“噪声”

即，仅由于功率谱密度的振动，PSD=0.1 g2/Hz的谱线将为：

随机振动引起的相位噪声

振动下的相位噪声为Γ=1 x 10-9/g，f=10 MHz

 

加速度灵敏度与振动频率

 

石英谐振器的加速度灵敏度

谐振器的加速度灵敏度范围从市场上最好的SC切割的每克1010的低部分到音叉型手表晶体的每克107的低部分。当检查各种谐振器时：AT、BT、FC、IT、SC、AK和GT切割；5MHz第五泛音到500MHz基模倒置台面谐振器；由天然石英、养殖石英和扫频制成的谐振器

养殖石英；多种几何形状和安装配置（包括

矩形AT切口）；几乎所有的结果都在每克1x10-9的三倍范围内。另一方面，发现一些谐振器的灵敏度小于每克1x10-10的事实表明，观测到的加速度

敏感性不是由于任何固有的自然限制。

理论和实验证据表明，尚未得到适当控制的主要变量是振型和位置（即振幅

振动分布）和与振动模式相关的应变分布

振动。理论上，当安装相对于振型完全对称时，加速度灵敏度可以为零，但与这种理想条件相比的微小变化可能会导致显著的灵敏度。直到加速

灵敏度问题得到了解决，加速度补偿和隔振可以在有限的振动频率范围内提供低于1x10-10/g的振动，并且成本很高。

 

振动补偿

 

振动灵敏度测量系统

震惊

冲击期间的频率偏移是由于谐振器的应力敏感性造成的。偏移的幅度是谐振器设计和谐振器上的冲击应力的函数

（安装结构中的共振将放大压力。）永久频率偏移可能是由于：冲击引起的应力变化，（颗粒物）污染的变化在谐振器表面上振荡器电路。冲击下的存活率主要是谐振器表面缺陷的函数。

化学抛光产生的无划痕谐振器在气枪测试中经受住了高达36000克的冲击，并且经受住了155毫米榴弹炮发射的冲击（16000克，持续时间12毫秒）。

对稳定性的其他影响

l电场-影响双旋转谐振器；例如，5MHz基模SC切割谐振器电极上的电压导致Δf/f=7 x 10-9/伏。电压也会导致扫频，这会影响（所有切割的）频率，即使在正常运行时也是如此

温度。

l磁场-石英是反磁性的，然而，磁场会引起涡流，并会影响谐振器封装和振荡器电路中的磁性材料。感应交流电压会影响变容二极管、AGC电路和电源。“好”石英振荡器的典型频率变化为每高斯<10-10。

l环境压力（海拔高度）-谐振器和振荡器封装的变形以及传热条件的变化会影响频率。

l湿度-会影响振荡器电路，振荡器的热特性，例如有机物吸收的水分会影响介电常数。

l电源电压和负载阻抗-影响振荡器电路，并间接影响谐振器的驱动电平和负载电抗。负载阻抗的变化会改变反射到振荡器回路中的信号的幅度或相位，从而改变相位（和

频率）。通过使用（低噪声）电压调节器和缓冲放大器，可以将影响降至最低。

l气体渗透-过量的大气氢气和氦气扩散到“密封”的金属和玻璃外壳中会影响稳定性（例如，氢气通过镍谐振器外壳扩散，氦气通过玻璃Rb标准灯泡扩散）。

 

影响之间的相互作用

在试图衡量单一影响的效果时，人们经常会遇到干扰影响，其存在可能很明显，也可能不明显。