加速效应体现了晶振的灵敏度快慢

加速效应体现了晶振的灵敏度快慢

石英晶振作为广泛电子应用频率信号输出者,振荡器的相位噪声影响到了信号的捕捉,在受到了外力的冲击作用之下,归结为受加速度的影响,随着系统对于元器件的要求越来越大,石英晶体振荡器的精度值也越来越高,石英振荡器对于温度的加速度变化是比较敏感的,其通过大多数的恒温晶振或者压控晶振进行电压控制法来调节频率偏差,尤其在低频振动的运动情况更为注重观察.

当振荡器绕水平轴旋转180°时,重力场的标量乘积和垂直于振荡器初始"顶部"的单位矢量从-1g变为+1g,即2g,图1示出了当振荡器在地球的重力场中绕三个相互垂直的轴旋转时石英晶体振荡器的分数频移的实际数据,对于每条曲线,旋转轴是水平的,每条曲线的正弦形状是标量乘积与加速度-灵敏度矢量和重力加速度之间角度的余弦成比例的结果,在频域中,调制导致振动引起的边带,其出现在来自载波频率的振动频率的正和负整数倍处.

图2显示了10MHz,1.4x10 -9/g贴片晶振的频谱分析仪输出,振荡器以100Hz和10g振动,对于正弦振动,"边带"是谱线,当频率与许多应用中的频率相乘时,每10倍乘法的边带电平增加20dB,增加的边带功率从载波中提取,在某些乘法条件下,载波消失,即所有能量都在边带中.可以从振动引起的边带计算加速度灵敏度,优选的方法是测量多个振动频率下的灵敏度,以揭示共振,图3显示了在424Hz下OCXO中谐振的结果的一个例子,该共振将加速度灵敏度放大了17倍.

随机振动的影响是提高振荡器的相位噪声水平,当振荡器在振动平台上时,例如在飞机上,相位噪声的降低可能很大,图4显示了典型的飞机随机振动规范(功率谱密度[PSD]与振动频率的关系)以及由此产生的振动引起的相位噪声衰减,声学噪声是另一个可能影响石英振荡器频率稳定性的加速源,图5显示了相干雷达系统的探测概率如何随参考振荡器的相位噪声而变化,对于10MHz振荡器,对于4km/hr目标的90％概率检测的相位噪声要求是在载波70Hz处为-130dBc/Hz,只要振荡器处于安静的环境中,这种相位噪声就完全在10MHz振荡器的能力范围内.

由于冲击导致的永久频率偏移也可能由振荡器电路的变化(例如,由于导线或电路板的移动)以及从石英晶体谐振器表面去除(微粒)污染物引起,安装结构中的共振将放大冲击引起的应力,如果冲击水平足够高,晶体会破裂,然而,在可能存在高冲击水平的应用中,可以使用具有化学抛光晶体板的晶体单元,这种晶体可以承受超过30,000克的冲击,并且已经成功地从榴弹炮中射出.

在冲击期间,石英晶体振荡器的频率由于突然加速而突然改变,频率变化遵循上述加速度引起的频率变化的表达,除非在冲击期间石英晶体的支撑结构或电极中有一些弹性极限,在典型的冲击试验中几乎总是如此,冲击将产生永久的频率变化,然而当振荡器位于振动平台上时,例如机载雷达系统,即使是最好的可用振荡器的相位噪声也会降低一个将检测概率降低到零的量度.