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石英晶体与空气的摩擦(表面损耗)形成的阻力有关。可通过对外盒抽真空以减小损耗,与温补晶振表面微粒间的摩擦有关。可提高石英片表面光洁度,控制腐蚀量,减小砂痕、沙坑、提高银层的牢固度及整体性来减小,与贴片晶振的内摩擦,自由振动时内部晶格的变化,产生内应力及加工过程中形成的内应力而引起内部损耗有关。

Greenray格林雷工业是一家领先的精密晶体振荡器,贴片晶振,有源晶振,石英晶体振荡器制造商.几十年来我们所生产的晶振,石英晶体,贴片晶体等产品的设计,测试,包装都是经过一系列严格要求规范操作,是在我们位于宾夕法尼亚州机械堡的工厂中通过严格的管理以及严谨的态度进行操作的.我们所生产的有源晶振,贴片晶振,温补振荡器都是符合ITAR标准的,我们的质量管理体系认证为ISO:9001标准.

Greenray格林雷工业生产贴片晶体振荡器,有源晶振,SMT、thru-hole、混合和定制产品.所生产的石英晶体振荡器根据性能可以分为：普通晶体振荡器（SPXO）、压控晶体振荡器（VCXO）、温补晶体振荡器（TCXO）、恒温晶体振荡器（OCXO）等.

温补晶振在小型化与片式化方面,面临不少困难,其中主要的有两点：一是小型化会使石英晶体振子的频率可变幅度变小,温度补偿更加困难.二是片式封装后在其接作业中,由于焊接温度远高于温补晶振的最大允许温度,会使晶体振子的频率发生变化,若不采限局部散热降温措施,难以将温补晶振的频率变化量控制在±0.5×10－6以下.

由于温补晶振的频率漂移与温度变化不同时发生变化,因此在线性区域外补偿晶体的频率变化是很难实现的,而且实现起来也很费钱.困难和费用的基本原因是“a - t切割”晶体的立方频率与温度的形状.一个特定的石英晶体所描绘的精确曲线取决于从石头上切出一块石英的角度.与参考角相比,角可以是“正”或“负”,根据操作方式和晶体的空白几何形状,角的值为“正”或“负”.

TCXO温度补偿的直接方法.温度补偿的第二种方法(通常称为“直接”方法)依赖于使用额定温度系数的电容器来取代石英晶体反馈网络中常见的温度稳定电容器.通过在一个特定的温度范围内测试一个无补偿的振荡器,振荡器设计者可以确定需要补偿频率的电容性变化.利用这个值,振荡器设计器可以确定必须由电容器显示的温度系数.

国际知名品牌FOX晶振,总部位于美国,中文名叫福克斯晶振,主要以生产石英晶振,贴片晶振,石英晶体振荡器,有源晶振等电子元件为主.是全球石英晶体行业领导者,自身拥有独特的生产技术,以及丰富的经验,发展至今除了北美,在欧洲,泰国,马来西亚,香港,印度等多个国家设有石英贴片晶振研发生产基地.

2009年7月27日-福克斯晶振集团提供其集成的SMD,HCMOS,TCXO晶振和VCTCXO晶振在一个微型3.2毫米x2.5毫米包装尺寸.新的3.3伏FOX923CH和FOX923CEH系列有源晶振消除了补充外部电路获得HCMOS输出的需要.

然而OSC有源振荡器分为很多种,不同的类型适用于不同的产品.石英晶体振荡器统称:有源晶振,同时分为:SPXO振荡器、TCXO振荡器、VCXO振荡器、VC-TCXO振荡器、OCXO振荡器.不同的产品需求也有所不同.

晶振有着不同使用要求及特点，根据性能大致可以分为以下几点：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量，交流电压应无瞬变过程。测试仪器应有足够的精度，连线合理布置，将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。

晶振全称为晶体振荡器，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗石英晶振。但是娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SRC将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。

在进行系统测试时,被锁晶振采用高稳定度恒温晶体振荡器(10MHz±3Hz),GPS接收机选用LASSEN IQ型,采用5585B-PRS型铯原子频标作为频率参考,该铯原子频标可输出10MHz信号,具有较好的频率准确度及稳定度,其频率准确度优于5×10-12,秒级频率稳定度优于1×10-11/s。

采用相位比对的方法来测试被锁石英晶振的相对频率准确度,测试连接图如图5.1所示。将被锁定的晶体振荡器的10MHz频率信号和铯原子频标产生的10MHz频率信号分别作为开关门信号输入到精密时间间隔测试仪HP5370B(分辨率为20ps) 进行比对测试,HP5370B输出的时间间隔值与两个比对信号的相位差成正比。该时间间隔值的变化反映了两个信号的相位差的变化。计算相对频差的公式为:

其中,τ为取样周期;△T为在取样周期τ内两信号累积的相位差变化。由此式可以看出,△T的测量误差取决于HP5370B的时间间隔测量分辨率,最小为±20ps,也就是在ls闸门时间内相对晶振频率准确度为±2×10-11,但是随着采样时间r的增大,测量误差可以大大的减小,精度也不断提高。

由于天气等原因,对接收机工作有影响,所以做实验时适当选择比较好的天气。取样时间设定为40s,OCX0石英晶体振荡器在系统运行3小时后即进入锁定状态,开始对晶体振荡器锁定状态下与铯原子频标进行相位比对测试,记录系统连续工作10小时的数据,图5.2为OCXO晶振的频率准确度随时间的变化曲线。

从图5.2中可以看出,锁定后OCXO晶振的频率值在标称频率上下起伏,最大起伏约为9.0×10-11。通过计算,图5.2中所显示的频率平均准确度达到73×10-12,相对于所采用晶体振荡器的约5×10-10/d的老化率有明显改进,同时也说明晶振频率的漂移得到了一定程度的修正。

在进行石英贴片晶振频率稳定度测试时,由于实验室测频仪器测量的分辨率的有限,ls和10s的稳定度由直接测频法计算得到,而100s、1000s、5000s和10000S由比相间接测频法计算得到,相位比对数据采用上面图5.2中所采集的数据。锁定后, OCXO的频率稳定度测试结果如表5.1所示:

从表51中可以看出,锁定后的OCXO恒温晶体振荡器的短期稳定度基本保持了其本身的指标,而其中长期稳定度不是非常理想,这是由lPPS中存在的中长期相位漂移以及Kalman滤波和PID控制参数还不是很合理造成的,但总体较其本身指标,有一定程度的提高。因此,后续工作需要增大滤波时间常数,进一步继续优化 Kalman滤波和PID控制模型的参数,使得 Kalman滤波的收敛值更小,对OCXO晶振频率的调整幅度和频度更低。

未来温补晶振的发展方向是向小型化、片式化、高精度和高稳定度方向不断发展，实现晶振的低噪声、高频化以及低功耗。近年来，国内的温补晶振产品水平得到了很大的提高，实现了在室温下精度优于±1ppm，第一年的频率老化率为±1ppm，频率（机械）微调≥±3ppm，电源功耗≤120mw。最高精度可达±0.05ppm。由此可见，TCXO晶振的技术水平还有很大的提升空间，创新的内容和潜力还很大。然而，科学技术的发展不能一蹴而就，它将伴随整个电子行业的发展一同前行。

通过前面CEOB2B晶振所发表的文章中相信大家对GPS系统以及晶振在GPS中的应用有了更深的了解.我们知道GPS输出的1PPS信号具有很好的长期稳定性,但是短期稳定性却很差。利用GPS信号来定时估计出晶振输出频率的偏差,并实时地进行校准,就可以得到短期稳定性和长期稳定性都很好的频率标准。锁定后的晶体振荡器能输出高精度的频率信号,其短期稳定度能保持本地振荡器的水平,优于l×10-11/s,并能在本地被控振荡器上有效地复现接收的标准时间频率信号的长期稳定度和准确度,锁定状态下频率准确度优于5×10-11,日漂移率达到10-13量级。

根据系统需要开发成本低、安全可靠的设计原则,提出了系统的整体设计方案。整个系统由高稳定度有源晶振,恒温石英晶体振荡器、GPS接收机、时间间隔测量模块、微处理器模块、高分辨率DA转化及信号调理模块、分频模块和显示等部分构成, 在控制软件(包括FPGA、单片机两部分)的控制下协调工作,其组成框图如图

3.1所示

方案各模块功能介绍

1.GPS接收机模块:接收GPS信号,输出标准IPPS秒信号(一般含有干扰脉冲),所以直接使用此信号不合适,必须通过解码判断其有效性并进行处理,然后用于校准石英晶振。

2.时间间隔测量模块:测量GPS接收机输出的1PPS信号和OCXO分频产的1Hz秒信号的上升沿之间的时间间隔值,并把测量结果传送给数据处理模块, 考虑到精度问题,先把OCXO晶振倍频到100MHz再分频成1Hz。

3.数据处理模块:在GPS信号有效时,接收时间间隔测量模块传送的数据运用Kalman滤波算法对测量的时间间隔进行数字滤波,消除lPPS信号的抖动。具体实现取相隔采样周期τ的两个滤波后的时间间隔差值△T1和△T2,得到相位差△T=△T2-△T1,用比时法计算相对频差：

其中,f6为被校准石英晶体振荡器的标称频率,Δf为石英晶体振荡器的测量频率与标称频率的差值。计算出频率4f后,根据OCXO的压控灵敏度系数K计算被校石英晶体振荡器控制电压的数字量,再通过高精度的D/A转换得出石英晶体振荡器的控制电压(控制电压U=U+Δf/K),达到校正晶体振荡器输出频率的目的。经过多次测量和控制,最终把石英晶体振荡器的准确度和稳定度都锁定在GPS卫星星载钟上。

同时, 系统还有自动记录功能,把校正数据,根据接收传感器组和辅助时钟模块发送的时间和温度等信息,把校正数据和与之对应的时间、温度等信息保存起来,GPS信号有效时,通过相应的算法分离出温度、老化等因素对石英贴片晶振的影响,如果检测到GPS信号失效后,结合采集到的实时温度和时间信息,利用失效前得到的预测模型,计算出老化和温度各自对输出频率的影响量,然后合成输出校正量来继续校准恒温晶振,使石英晶体振荡器能继续保持一定的精度。同时控制LCD的显示。

4.高分辨率D/A转换及信号调理模块:接收数据处理模块发送的控制数据, 将其转化为模拟控制电压,并通过相应的信号调理电路,使模拟电压的范围符合OCXO晶振的电压压控范围。

5.分频控制模块:将输入的经过校正后的原始频率信号进行分频,产生用于测量和同步输出的秒脉冲,并可以控制输出秒脉冲的脉冲宽度。

6.传感器组和辅助时钟模块:采集对OCXO晶振输出频率精确度有一定影响的温度和老化时间等信息,并传输给数据处理模块,为分离出温度、老化的影响提供相应的数据。