如何考虑实现频率的稳定度不劣于10-5,长期频率稳定度和短期频率稳定度是怎样定义的

发布时间:2020-07-11 04:42:36

如何考虑实现频率的稳定度不劣于10-5,长期频率稳定度和短期频率稳定度是怎样定义的

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为了正确理解、使用与设计频率合成器,应对它提出合理的技术指标。频率合成器的使用场合不同,对它的要求也不尽相同。大体上讲,有如下几项主要技术指标:频率范围、频率间隔、准确度,频率稳定、成本、功能、频率转换时间等等。
  频率范围:
  频率范围是指频率合成器输出的最低频率f(min)和最高频率f(max)之间的变化范围。
  频率间隔(频率分辨率)
  频率合成器 输出是不连续的。两个相邻频率之间的最小间隔,就是频率间隔。频率间隔又称为频率分辨率。不同用途的频率合成器,对频率间隔的要求是不相同的。对短波单边带同信来说,现在多取频率间隔为100Hz,有的甚至取10Hz,1Hz乃至0.1Hz。这次设计的频率合成器,我们用的是10KHz。
  设计要求:
  A基本要求
  输出频率范围:4.00M———4.99M
  输出幅度大于100mv(在75欧负载上)
  频率间隔:10KHz
  频率稳定度不劣于0.00001
  显示输出频率值
  有失锁指示
  集成芯片不能直接焊接(用插座)
  b发挥
  频率可按10KHZ、50KHZ、500KHZ步进
  频率可实现多种模式搜索
  进一步提高频率稳定度,不劣于0.(晶振工作在50度)
  存储多个可预置的频率
  C提供的主要芯片:
  MC、MV1648P
  设计思路:
  锁相环的基本原理:
  是利用频率误差去消除频率误差,所以当电路达到平衡状态之后,必然会有剩余频率误差存在,即频率误差不可能为零。这是它固有的缺点。锁相环也是一种消除频率误差为目的的反馈控制电路。但它的基本原理是利用相位去消除频率误差,所以当电路达到平衡状态时,虽然有剩余相位误差存在,但频率误差可以降到零,从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。
  工作原理:
  锁相环是一个相位负反馈控制系统。它基本上由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和电压控制震荡器(VCO)三个基本不见组成。组成的框图如下图(1)所示
  Ur(t) Ud(t) Uc(t) Uo(t)
  参考信号 输出信号
  图(1) 锁相环基本构成
  在这次的项目中我们运用MC,因为MC中含有鉴相器,并且依据要求,本实验需要频率间隔为10KHZ,而MC可以提供频率间隔为5KHZ和10KHZ。
  MC的内部结构如下图(2)所示
  图(2)MC内部结构
  正如上图所示,OSCin为晶振的输入端,本项目中用的晶振为10.24M,Fin为VCO中输出的频率。P0~P8是一个N分频器,将Fin输入的信号经过分频输入到鉴相器与鉴相器的频率处理,经过几次的循环调整,得到VCO想要输出的频率。当7a686964616fe59b9ee7ad9431333363373736VCO的频率被锁定时,LD 则呈现高电平,未被锁定时,LD呈现低电平
  另一个芯片就是MC1648P该芯片就是用于VCO中的.
  从图(1)就可以知道,信号进入VCO 后再从VCO进入MC中 ,经过分频则可以得到所需要的波形,不过频率范围是0.01M到5.11M,但是如果跟晶振相混频便可以得到10.25M到15.35M的频率.

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一、石英晶体谐振器:
  A、主要指标
  1.频率 f
  2.频率公差
  3.切型 AT BT SC
  4.泛音次数 基频 三次泛音 五次泛音 七次泛音
  5.电阻 Rr RL
  6.负载电容 CL
  7.静电容 Co
  8.动态电容 C1
  9.电容比 r =Co / C1
  10.频率牵移 Ts ( ppm / pF )
  11.Q值
  12.DLD
  13.老化
  14.寄生抑制
  15.频率温度特性(F-T)
  B、有源晶振与无源晶振
  石英晶片之所以能当为振荡器使用,是基于它的压电效应:在晶片的两个极上加一电场,
  会使晶体产生机械变形;在石英晶片上加上交变电压,晶体就会产生机械振动,同时机械
  变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压极其微弱,但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为“压电谐振”。 在电子学上,通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”(如有源音箱、有源滤波器等),
  而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。电脑中的晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。二、晶体振荡器:
  A、晶体振荡器是一种时间/频率器件,由晶体谐振器和振荡电路组成。B、晶体振荡器的分类:
  按照其功能类型可分为四种:
  SPXO 简单封装晶体振荡器
  VCXO 电压控制晶体振荡器
  TCXO 温度控制晶体振荡器 温度补偿晶体振荡器
  OCXO 恒温晶体振荡器 温度控制晶体振荡器C、常规批量生产可达到的稳定度:
  SPXO VCXO TCXO OCXO
  0 to 70℃ 10 ppm 10 ppm 0.1 ppm 0.005 ppm
  -20 to 70℃ 25 ppm 25 ppm 0.3 ppm 0.01 ppm
  -40 to 85℃ 30 ppm 30 ppm 0.5 ppm 0.03 ppm
  -55 to 125℃ 50 ppm 50 ppm 1.0 ppm N/A 工作温度范围内的稳定度要求 典型应用 振荡器类型
  ±0.2ppm 电信传输设备的时钟基准 OCXO
  ±0.2~±0.5ppm 电信传输设备的Stratum 3时钟基准 OCXO,带模拟集成电路的TCXO
  ±0.5~±1.0ppm 军用无线电设备,E-911蜂窝电话定位器 带模拟集成电路的TCXO
  ±1.0~±2.5ppm 移动无线电设备(例如应急通信设备) 带模拟集成电路的TCXO
  ±2.5~±10ppm 移动电话 带电热调节的TCXO
  ±10~±20ppm 传真机 TCXO,VCXO,SPXO
  > ±20ppm 计算机时钟信号源 SPXO/XOD、晶体振荡器主要技术指标:
  1)标称频率
  2)中心频率偏差
  3)频率调整范围(机械或压控)
  4)工作温度范围
  5)压控特性(电压范围、极性、线性度、压控输入阻抗)
  6)输出波形(正弦波; 方波:上升/下降沿时间、占空比、高/低电平)
  7)工作电流、功耗
  8)电压变化频率稳定度
  9)负载变化频率稳定度
  10)温度频率稳定度
  11)负载能力
  12)频率老化(长期频率稳定度)
  13)短期频率稳定度
  14)相位噪声
  15)开机特性E、晶体振荡器-SPXO:
  简单封装晶体振荡器,没有电压控制和温度补偿,频率温度特性取决于晶体单元,
  称为SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator )或时钟(Clock)。F、温度补偿晶体振荡器-TCXO:
  1.直接温度补偿晶体振荡器
  2.间接温度补偿晶体振荡器G、恒温晶体振荡器 - OCXO
  近年来,由于技术的发展,OCXO多采用功率器件直接加热的方法,e69da5e6ba90e79fa5e9819331333363373733只有一些指标要求很高的OCXO才使用恒温槽。H、OCXO主要技术指标定义的IEC标
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