石英晶體諧振器和振蕩器 頻率控制和定時應(yīng)用教程(之五）

正弦振動引起的相位噪聲

正弦振動在載波±fv處產(chǎn)生譜線，其中fv是振動頻率。

例如，如果Γ=1 x 10-9/g，f0=10 MHz，那么即使

振蕩器在靜止時完全無噪聲，相位“噪聲”

即，僅由1g的正弦振動水平引起的譜線將為；

隨機振動引起的相位噪聲

隨機振動對相位噪聲的貢獻由下式給出：

例如，如果Γ=1 x 10-9/g，f0=10 MHz，那么即使

振蕩器在靜止時完全無噪聲，相位“噪聲”

即，僅由于功率譜密度的振動，PSD=0.1 g2/Hz的譜線將為：

隨機振動引起的相位噪聲

振動下的相位噪聲為Γ=1 x 10-9/g，f=10 MHz

加速度靈敏度與振動頻率

石英諧振器的加速度靈敏度

諧振器的加速度靈敏度范圍從市場上最好的SC切割的每克1010的低部分到音叉型手表晶體的每克107的低部分。當(dāng)檢查各種諧振器時：AT、BT、FC、IT、SC、AK和GT切割；5MHz第五泛音到500MHz基模倒置臺面諧振器；由天然石英、養(yǎng)殖石英和掃頻制成的諧振器

養(yǎng)殖石英；多種幾何形狀和安裝配置（包括

矩形AT切口）；幾乎所有的結(jié)果都在每克1x10-9的三倍范圍內(nèi)。另一方面，發(fā)現(xiàn)一些諧振器的靈敏度小于每克1x10-10的事實表明，觀測到的加速度

敏感性不是由于任何固有的自然限制。

理論和實驗證據(jù)表明，尚未得到適當(dāng)控制的主要變量是振型和位置（即振幅

振動分布）和與振動模式相關(guān)的應(yīng)變分布

振動。理論上，當(dāng)安裝相對于振型完全對稱時，加速度靈敏度可以為零，但與這種理想條件相比的微小變化可能會導(dǎo)致顯著的靈敏度。直到加速

靈敏度問題得到了解決，加速度補償和隔振可以在有限的振動頻率范圍內(nèi)提供低于1x10-10/g的振動，并且成本很高。

振動補償

振動靈敏度測量系統(tǒng)

震驚

沖擊期間的頻率偏移是由于諧振器的應(yīng)力敏感性造成的。偏移的幅度是諧振器設(shè)計和諧振器上的沖擊應(yīng)力的函數(shù)

（安裝結(jié)構(gòu)中的共振將放大壓力。）永久頻率偏移可能是由于：沖擊引起的應(yīng)力變化，（顆粒物）污染的變化在諧振器表面上振蕩器電路。沖擊下的存活率主要是諧振器表面缺陷的函數(shù)。

化學(xué)拋光產(chǎn)生的無劃痕諧振器在氣槍測試中經(jīng)受住了高達36000克的沖擊，并且經(jīng)受住了155毫米榴彈炮發(fā)射的沖擊（16000克，持續(xù)時間12毫秒）。

對穩(wěn)定性的其他影響

l電場-影響雙旋轉(zhuǎn)諧振器；例如，5MHz基模SC切割諧振器電極上的電壓導(dǎo)致Δf/f=7 x 10-9/伏。電壓也會導(dǎo)致掃頻，這會影響（所有切割的）頻率，即使在正常運行時也是如此

溫度。

l磁場-石英是反磁性的，然而，磁場會引起渦流，并會影響諧振器封裝和振蕩器電路中的磁性材料。感應(yīng)交流電壓會影響變?nèi)?a target="_blank">二極管、AGC電路和電源?！昂谩笔⒄袷幤鞯牡湫皖l率變化為每高斯<10-10。

l環(huán)境壓力（海拔高度）-諧振器和振蕩器封裝的變形以及傳熱條件的變化會影響頻率。

l濕度-會影響振蕩器電路，振蕩器的熱特性，例如有機物吸收的水分會影響介電常數(shù)。

l電源電壓和負(fù)載阻抗-影響振蕩器電路，并間接影響諧振器的驅(qū)動電平和負(fù)載電抗。負(fù)載阻抗的變化會改變反射到振蕩器回路中的信號的幅度或相位，從而改變相位（和

頻率）。通過使用（低噪聲）電壓調(diào)節(jié)器和緩沖放大器，可以將影響降至最低。

l氣體滲透-過量的大氣氫氣和氦氣擴散到“密封”的金屬和玻璃外殼中會影響穩(wěn)定性（例如，氫氣通過鎳諧振器外殼擴散，氦氣通過玻璃Rb標(biāo)準(zhǔn)燈泡擴散）。

影響之間的相互作用

在試圖衡量單一影響的效果時，人們經(jīng)常會遇到干擾影響，其存在可能很明顯，也可能不明顯。