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如何确定晶体振荡器的各项性能指标?

作者: 浏览:82 时间:2023-08-02

晶体振荡器被广泛应用到军、民通信设备,雷达导航测控,电子仪器,家用电器,GPS,汽车电子,计算机及外设等。各种类型的晶振都有自己的独特性能,但各类型的不少特性互相交叉。不同类型晶振有不同的特点,技术指标上有很大的差别。选用晶振应从下列方面考虑:
1、确定产品基本需求
首先需要确定晶体振荡器的基本需求,包括:输出频率、输出波形、电源电压、外形尺寸、封装形式及有关装配要求。
其次要使晶振的“整体性能”趋于平衡、合理,这就需要权衡诸如稳定度、工作温度范围、晶体老化效应、相位噪声、成本等多方面因素,这里的成本不仅仅包含器件的价格,而且包含产品全寿命的使用成本。
设计工程师要慎重决定应用的实际需要,然后规定晶振的性能。指标愈高意味着花钱愈多。
2、整个工作温度范围的稳定度
晶体振荡器的主要特性之一是工作温区内的稳定性,它是决定晶振价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽,器件的价格亦愈高。倘若-30~+70℃已经够用,那么就不必去追求更宽的温度范围。如果要求稳定性优于0.2ppm,那么就只能选择恒温晶振,或者选择性能更可靠也更昂贵的原子钟。如果要求稳定性介于±0.2~±0.5ppm 之间,并且明确规定了温度范围和输出频率,那么既可以选择恒温晶振,也可以选择采用ASIC(专用集成电路)进行温度补偿的温补晶振。稳定度在±0.5~±10ppm 范围内,温补晶振是**选择。在±10~±20ppm范围内,如果其他方面的要求不是很高,那么价格低廉的普通晶振就足以胜任。与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动,这些指标应该规定出来。有时还需要提出振动、冲击以及电磁干扰(EMI)方面的指标,军用品和宇航设备的要求往往更多,比如压力变化时的容差、受辐射时的容差,等等。
在本手册中,我们通常能提供**宽工作温度范围达-40~+70℃的恒温、低相噪的晶振产品,稳定度可为10-7~10-9 量级。特殊要求可致电与我公司协商。
3、老化因素
晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化,可用规定时限后的**变化率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内的总频率变化(如:±1ppm/**年和±5ppm/十年)来表示。温补晶振的频率老化率为:±0.5ppm~±2ppm/**年,(除特殊情况,温补晶振很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变化引起的频率变化也将大大超过温补晶振每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意)。恒温晶振的频率老化率为:±0.5ppb~±0.5ppm。老化率指标要求高意味著生产周期长,应给生产商足够的时间对晶振进行老化。同时也意味著成本的增加。使用10年以上的晶体谐振器,其老化速度大约是3倍,因此,通讯设备生产商一般在8~10年会更新相关设备或部件。采用特殊的晶体加工工艺可以改善这种情况(如采用冷压焊的SC切晶体谐振器),也可以采用频率调节的办法解决。
4、相位噪声和抖动
在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中心频率的1Hz之内和通常测量到1MHz。晶振的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。温补晶振和恒温晶振以及其它利用基波或谐波方式的晶振具有**的相位噪声性能。采用数字补偿的温补晶振比采用模拟补偿的温补晶振一般呈现较差的相位噪声性能,但表现了较好的温度稳定性。各级别相位噪声指标是决定晶振价格的重要因素,低的相位噪声代表着高的价格。
抖动与相位噪声相关,但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可用有效值或峰—峰值测出。许多应用,例如通信网络、无线数据传输、ATM和SONET要求必须满足严格的抖动指标。需要密切注意在这些系统中应用的晶振的抖动和相位噪声特性。
5、环境条件
晶振实际应用的环境需要慎重考虑。例如高强度的振动或冲击会给晶振带来问题。晶体谐振器是加速度敏感元件,除了可能产生物理损坏,振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性晶振失效。采用特殊的晶体加工工艺可以改善这种情况(如采用多点支撑冷压焊的SC 切晶体谐振器),也可采取减振措施。具体要求可与我们联系。
在我们产品的企军标中,振动、冲击和密封筛选试验不是必做项目,只有在用户有明确要求时才进行。
EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PCB母板布局技术,重要的是选择可提供辐射量**小的时钟晶振。一般来说,具有较慢上升/下降时间的晶振呈现较好的EMI特性。在湿度大的环境下,我们建议设计师选用没有微调孔的晶振产品,需要调频时可选择外置调节方式。
6、体积
与其它电子元件相似,晶振亦采用愈来愈小型的封装。通常较小型的器件比较大型的表面贴装或直插封装器件更昂贵。所以,小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折衷。器件选型时一般都要留出一些余量,以保证产品的可靠性。选用较的器件可以进一步降低失效概率,带来潜在的效益,这一点在比较产品价格的时候也要考虑到。
7、产品定制
因为客户的具体应用不一样,所以本公司产品均可定制,用户可根据需要定制不同封装、不同功能的产品。我们已按用户的要求定制的产品有:一分多路输出晶振组合、多路选一输出晶振组合、多路同时输出晶振组合、锁相晶振、有检波输出功能的晶振、软线输出晶振、高谐波抑制晶振等等。详情请致电垂询。