優(yōu)良短期穩(wěn)定度10MHz恒溫晶振研制

王鈺

摘要：恒溫晶振作為一種具有優(yōu)良性的頻率發(fā)生的設備，運用于許多的領域中。而優(yōu)良短期穩(wěn)定度是指在晶振研制中的一項基準指標的體現(xiàn)。它在我國航天、電子、通信等領域運用具有十分重要的作用，主要是運用恒溫晶振研制的優(yōu)良短期穩(wěn)定住促使設備系統(tǒng)的性能保持穩(wěn)定以及提高的狀態(tài)。在本文的論述中主要是對恒溫晶振基本工作原理進行了解的基礎上，進行不同電路的設計，研制出具有優(yōu)良短期穩(wěn)定度的10MHz恒溫晶振。

關鍵詞：優(yōu)良短期穩(wěn)定度；恒溫晶振；控溫系統(tǒng)

在目前恒溫晶振優(yōu)良短期穩(wěn)定度相關標準范圍控制在5×10-13/s～2×10-12/s范圍之內(nèi)，因其自身的優(yōu)良性，被廣泛運用于很多的領域中，同時它的運用可以促使相關設備系統(tǒng)的性能得到很大的提升。主要體現(xiàn)在：在通信設備中的使用，可以促使誤碼率的降低。在測速系統(tǒng)中運用可以提高測試數(shù)據(jù)的精準度，以及雷達系統(tǒng)中辨別力的提高等等。針對這些實際運用所體現(xiàn)的優(yōu)勢，我們對此進行研究。

一、恒溫晶振研制優(yōu)良短期穩(wěn)定度的影響因素

在19世紀提出的簡單噪聲模型，通過運用與實際相對比具有很好的效果，隨著運用范圍的拓寬，擴大了它的影響力，后來被廣泛運用于振蕩器中對噪聲的分析。其中振聲器由于是由放大器和正反饋網(wǎng)絡兩者組成。在這種形式中通過震蕩信號進行干擾從而對振蕩器的短期穩(wěn)定造成影響。我們對此進行假設，在放大器中假設只存在白噪聲和閃變噪聲，所輸出的單邊相位噪聲密度用公式進行表示為：

將公式帶入到其中進行振蕩器，進行短期穩(wěn)定度指標影響因素的判斷，得出在進行晶體諧振器時需要提高有載品質因數(shù)的指標；同時需要在研制的過程中選用具有低噪聲效果的晶體管。其中又特別是主晶體管的選擇；其次是選擇合適的輔助電路；最后是雙層恒溫槽的運用，防止由于其他環(huán)境因素造成的頻率穩(wěn)定度的變化。

二、低噪聲恒溫晶振研制設計

如上圖所示，我們知道恒溫晶振是震蕩電路與溫度控制兩個主要部分組成，通常是由主要電壓和輔助電壓的作用下進行。其中輔助電壓又包括放大電路、自動增益控制電路等多種電路組成?？刂普w溫度的恒溫系統(tǒng)主要依靠恒溫電路和恒溫槽得以實現(xiàn)，以此實現(xiàn)其高度的穩(wěn)定性。

（一）低噪聲震蕩電路設計

1）對低噪聲震蕩電路設計主要包含兩部分的內(nèi)容，一方面是低噪聲主振電路的設計和輔助電路的設計這兩方面的內(nèi)容。主振電路作為恒溫晶振設計中的重點部分，它的有效設計對整體恒溫晶振具有重要的作用。因此在設計中對主振電路設計的選擇主要是皮爾斯的電路設計形式，由于這種電路形式自身運用具有很好的穩(wěn)定性，被廣泛運用于低噪聲震蕩電路設計當中。而低噪聲震蕩電路設計中的另一部分輔助電路設計主要是通過電源的濾波電路和放大電路以及濾波的匹配器三者之間的形成。

2）在主振電路設計中對低噪聲的設計主要是通過設置晶體管以此降低電壓的工作電流，由于晶體管中的噪聲分為白噪聲和閃爍噪聲，因此在選擇的時候需要根據(jù)等效模型電阻小的晶體管，在放大倍速上不宜過高，基本上電流放大倍數(shù)大于80。最后是選擇有載品質因數(shù)較高的晶體諧振器，對提高震蕩電路秒級穩(wěn)定度具有優(yōu)勢作用。在輔助電路設計中主要是采取降噪的措施，如：對電源進行二次穩(wěn)壓的設計以此減少由于電源波動發(fā)生干擾。其次是采用高低頻率波不同的參數(shù)組合進行，以此對不同頻率的噪聲進行濾除。最后是對放大線路進行的降噪措施主要是通過對合理工作點的確定，促使放大線路處于線性的工作區(qū)中，使一級的放大線路在線形工作區(qū)工作，在二級放大線路使之保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，以此方式，起到彼此隔離的作用。

（二）精密控溫系統(tǒng)設計

1）控溫系統(tǒng)主要是通過控溫電路和恒溫槽兩部分組成，建立具有高精度的控溫系統(tǒng)設計就可以提升恒溫晶振的頻率溫度的穩(wěn)定性。對此運用雙層恒溫槽的設計以此改善秒級短期的穩(wěn)定度。雙層恒溫槽是通過內(nèi)外雙層的形式連接控溫的電路，使之避免受到外界的干擾。通過對直接放大式連接控溫電路設計進行ΔU輸出電壓的公式：

使其在這個過程中電壓的輸出經(jīng)過放大后自行對加熱電流進行控制，促使最終產(chǎn)生的熱量與恒溫槽所耗費的熱量相等，促使恒溫晶振實現(xiàn)最佳的頻率溫度穩(wěn)定性。

2）雙層恒溫槽的設計主要是實現(xiàn)控溫電路性能的精密度，對此進行有效的設計促進發(fā)揮保溫性能的優(yōu)良性特點和進行合理結構的形式，同時還能夠降低由于環(huán)境影響因素對其造成的影響。

三、短期穩(wěn)定度測試方法和結果

短期穩(wěn)定度以阿倫方差進行表達公式如下：

對相關產(chǎn)品進行測試，主要是確保恒溫晶振研制短期穩(wěn)定性控制在5×10-13/s～2×10-12/s標準之內(nèi)。通常在對此進行測試中所測試的最終的短期穩(wěn)定度應該是優(yōu)于被測試的參考源才能夠保證最終的測試結果。通常進行測試所使用的方法是三源循環(huán)比對測試方法的使用以此得出最終的測試結果。運用三源循環(huán)比對方法的運用需要我們保證在測試的過程中短期穩(wěn)定度的一致，同時進行測試的時間也是一致的，由于這種測試方法對測試的環(huán)境和相關設備的要求比較高，因此在進行測試的過程中盡量對測試的時間進行壓縮，以此減低因為外界因素對測試結果造成的影響。對最終的產(chǎn)品進行短期穩(wěn)定度的測試指標的公式按照：

通過這項公式將不同的數(shù)值帶入其中計算出其中秒級的穩(wěn)定度值，以此完成對恒溫晶振的研制。

四、結語

本文是基于對優(yōu)良短期穩(wěn)定度10MHz恒溫晶振研制的研究。在本文中對此進行研究主要是通過對降低噪聲的電路設計的方式進行對高精度控溫系統(tǒng)的設計這兩方面內(nèi)容進行，在文章的第一部分主要是對恒溫晶振研制優(yōu)良短期穩(wěn)定度的影響因素進行分析得出在進行晶體晶振諧振器需要提高晶體管的品質因數(shù)，同時需要選擇具有降噪效果的晶體管進行使用，最后是選擇合適的輔助電路，最后是運用具有隔斷功能的雙層恒溫槽的使用，以此防止由于環(huán)境因素造成的最終測試成果出現(xiàn)偏差。在第二部分是對低噪聲恒溫晶振研制進行設計，主要是通過低噪聲震蕩電路設計和精密控溫系統(tǒng)設計這兩方面進行完成，最后是通過相關測試方法對最終結果帶入相關公式進行測試計算，以此完成對恒溫晶振短期穩(wěn)定度的研制。

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