從簡單的XO到銫束頻率標準,可商購的頻率源覆蓋幾個數(shù)量級的精度范圍.隨著精度的提高,功率要求,尺寸和成本也會增加.例如,圖1顯示了精度和功率要求之間的關(guān)系.準確度與成本的關(guān)系類似,從簡單的XO約為1美元到銫標準約為40,000美元(1991年的價格).以下龍湖電子討論適用于寬溫度范圍的頻率標準(即設(shè)計為在跨越至少90°C的溫度范圍內(nèi)工作的標準).在比較窄的溫度范圍內(nèi)操作的實驗室裝置可以具有比下面的比較中更好的穩(wěn)定性.

圖2顯示了短期頻率穩(wěn)定性范圍與平均時間函數(shù)的比較.圖3顯示了相位噪聲特性的比較

圖1.精度和功率要求之間的關(guān)系(XO=簡單石英晶體振蕩器;TCXO=溫補晶體振蕩器;OCXO=恒溫晶體振蕩器;Rb=銣頻率標準;Cs=銫束頻率標準).

圖2.穩(wěn)定性作為頻率標準的平均時間比較的函數(shù).

圖3.頻率標準的相位不穩(wěn)定性比較.

銣和銫頻率標準以及銣-石英晶體振蕩器(RbXO).在原子頻率標準中,輸出信號頻率由兩個原子態(tài)之間的能量差決定,而不是由散裝材料的某些性質(zhì)決定(因為它在石英振蕩器中). RbXO是一種設(shè)備,適用于功率可用性有限但需要原子頻率標準精度的應(yīng)用.它由銣頻率標準,低功率和高穩(wěn)定性晶體振蕩器以及將晶體振蕩器的頻率調(diào)整為銣標準的控制電路組成.銣標準物周期性地(例如,每周一次)開啟幾分鐘,使其預(yù)熱并校正晶體振蕩器的頻率.使用RbXO,可以滿足銣標準的長期穩(wěn)定性和晶體振蕩器的低(平均)功率要求.

選擇振蕩器時要回答的主要問題包括:

1. 系統(tǒng)正常運行需要什么頻率精度或可重復性?

2. 這種精度必須保持多長時間,即振蕩器是否需要定期校準或更換,還是振蕩器必須保持系統(tǒng)壽命所需的精度?

3. 電源是否充足,或振蕩器是否必須使用電池供電?

4. 允許的熱身時間是多少?

5. 振蕩器必須運行的極端環(huán)境是什么?

6. 什么是短期穩(wěn)定性(相位噪聲)要求?

7. 大小限制是什么?

關(guān)于第二個問題,最小化成本是什么:初始購置成本還是生命周期成本?通常,重新校準的成本遠遠高于可以提供無校準壽命的振蕩器的額外成本.更好的振蕩器也可以簡化系統(tǒng)的設(shè)計.

石英晶體振蕩器的頻率是另一個重要的考慮因素,因為選擇會對成本和性能產(chǎn)生重大影響.在其他條件相同的情況下,標準頻率的振蕩器,例如5MHz或10MHz,制造商已經(jīng)建立了完善的設(shè)計,其成本將低于異常頻率之一,例如8.34289MHz.此外,對于厚度剪切晶體,如AT切割和SC切割,頻率越低,老化越低.由于在低于5MHz的頻率下,厚度剪切晶體變得太大而不能經(jīng)濟地制造,并且由于所有最高穩(wěn)定性的有源晶振都使用厚度剪切晶體,因此商用振蕩器的最高穩(wěn)定性頻率為5MHz.這種振蕩器還具有靠近載波的最低相位噪聲能力.市場上也有一些優(yōu)秀的10MHz振蕩器;然而,頻率高于10MHz的振蕩器具有比5MHz振蕩器高得多的老化速率和接近載波的相位噪聲水平.對于遠離載波的最低相位噪聲,其中信噪比決定噪聲水平,較高頻率的晶體(例如,100MHz)可以提供較低的噪聲,因為這種晶振可以容忍更高的驅(qū)動電平,從而允許更高的信號電平.