有时关于石英晶振对于应用的适用性受到确定性现象的限制.在其他情况下,随机过程确定了性能限制.除振动外,短期不稳定性几乎总是由噪声引起的.石英和铷标准物的长期性能主要受温度敏感性和老化限制,但铯和一些氢标准物的长期性能主要受随机过程的限制.噪声会对系统性能产生许多不利影响.在这些效果中有以下几种:
(1)它限制来确定当前状态和精密振荡器的可预测(例如,一个振荡器的噪声产生?的时间预测错误的能力的TS _ÿ(吨用于预测间隔)吨);
(2)它限制了同步和谐振精度;
(3)它可以限制接收器的有用动态范围,信道间隔和选择性;
(4)它可能导致数字通信系统中的误码;
(5)它可能导致失锁,并限制锁相环系统的采集和重新获取能力;
(6)它可以限制雷达性能,尤其是多普勒雷达.
有必要采用适当的统计方法来表征石英晶体振荡器不稳定性的随机分量.噪声表征受试者已经审查和也是IEEE标准的主题[.由s _y(T)表示的双样本偏差是时域中短期不稳定性的度量.由L(f)表示的相位噪声或由Sf(f)表示的相位不稳定性是频域中的不稳定性的度量;的L(f)º小号?F(F)/2.
在大多数晶体振荡器类型中,使用可变负载电容器将振荡频率调整到所需值.这种振荡器在图4的并联谐振区域工作,其中电抗与频率斜率(即"刚度")与C₁成反比.为了最大化振荡器电路中的电抗(或相位)扰动的频率稳定性,电抗斜率(或相位斜率)必须最大.这要求C₁最小.然而,C₁越小,调谐振荡器越困难(即,对于给定的C_L变化,Df'越小).最高稳定性的振荡器使用具有小C₁_的晶体单元(和高Q).由于C₁随着泛音数迅速减少,因此高稳定性振荡器通常使用三次或五次泛音晶体单元.高于五分之一的泛音很少使用,因为R₁也随着泛音数迅速增加,并且通常需要一些可调性以允许将振荡器设置为所需频率.

图1晶体单元的电抗与频率的关系

宽调谐范围压控晶振使用大C₁_的基模晶体单元.电压控制用于以下目的:频率或锁相两个振荡器;用于频率调制;补偿,如TCXO;并用于校准(即,用于调整频率以补偿老化).高稳定性,经过烤箱化的10-MHzVCXO可能具有±5x10^-7的频率调节范围和2x10^-8的老化速率,而宽调谐范围的10-MHzVCXO可能具有调谐范围为±50份/百万(ppm),老化率为每年2ppm.
通常,使振荡器在宽频率范围内可调谐会降低其稳定性,因为使振荡器容易受到故意调谐也会使其容易受到导致无意调谐的因素的影响.例如,如果一个恒温晶体振荡器(OCXO)设计为在特定平均时间内具有1x10^-12的稳定性,并且可调谐性为1x10^-7,那么石英晶振的负载电抗必须稳定在1平均时间为x10^-5.实现这样的负载电抗稳定性是困难的,因为负载电抗受杂散电容和电感,变容二极管的电容与电压特性的稳定性以及变容二极管上的电压的稳定性的影响.而且,1x10^-5负载电抗稳定性不仅必须在良性条件下保持,还要在变化的环境条件(温度,振动,辐射等)下保持.因此,振荡器的调谐范围越宽,保持高稳定性就越困难.

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石英晶振稳定性与可调性

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