從簡單的XO到銫束頻率標(biāo)準(zhǔn),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(zhǔn)確度與成本的關(guān)系類似,從簡單的XO約為1美元到銫標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)(即設(shè)計為在跨越至少90°C的溫度范圍內(nèi)工作的標(biāo)準(zhǔn)).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.

表1顯示了頻率標(biāo)準(zhǔn)的顯著特征的比較.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,表2顯示了弱點和磨損機(jī)制的比較.

圖1.精度和功率要求之間的關(guān)系(XO=簡單晶體振蕩器;TCXO=溫度補(bǔ)償晶體振蕩器;OCXO=恒溫晶體振蕩器;Rb=銣頻率標(biāo)準(zhǔn);Cs=銫束頻率標(biāo)準(zhǔn)).

圖2.穩(wěn)定性作為頻率標(biāo)準(zhǔn)的平均時間比較的函數(shù).

圖3.頻率標(biāo)準(zhǔn)的相位不穩(wěn)定性比較.

石英振蕩器原子振蕩器TCXOMCXOOCXORubidiumRbXOCesium精度*

(每年)2x10-66x10-81x10-85x10-107x10-102x10-11Aging/year5x10-72x10-85x10-92x10-102x10-100溫度.刺.

(范圍,°C)5x10-7

(-55到+85)3x10-8

(-55到+85)1x10-9

(-55到+85)3x10-10

(-55)至+68)5x10-10

(-55至+85)2x10-11

(-28至+65)穩(wěn)定性,??y(?)

(?=1s)1x10-93x10-101x10-123x10-125x10-125x10-11尺寸

(cm2)105020-20080012006000預(yù)熱時間

(分鐘)0.1

(至1×10-6)0.1

(至2×10-8)4

(至1×10-8)3

(至5×10-10)3

(至5x10-10)20

(至2x10-11)功率(W)

(最低溫度)0.050.040.6200.6530價格(?$)1001,0002,0008,00010,00040,000*包括環(huán)境影響(請注意Rb和Cs的溫度范圍比石英窄).

表1.頻率標(biāo)準(zhǔn)的顯著特征的比較.

弱點磨損機(jī)制石英老化

輻射硬度無銣壽命

功率

重量銣耗盡

緩沖氣體耗盡

玻璃污染物銫壽命

功率

重量

成本

溫度范圍

銫供應(yīng)耗盡廢銫吸雜

離子泵容量

電子倍增器表2.頻率標(biāo)準(zhǔn)的弱點和磨損機(jī)制的比較.

表1中提供了原子振蕩器的特性:銣和銫頻率標(biāo)準(zhǔn)以及銣-晶體振蕩器(RbXO).在原子頻率標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)精度的應(yīng)用.它由銣頻率標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)的控制電路組成.銣標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可以提供無校準(zhǔn)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.

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(biāo)準(zhǔn)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(jì)地制造,并且由于所有最高穩(wěn)定性的振蕩器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(yuǎn)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,因為這種晶體可以容忍更高的驅(qū)動電平,從而允許更高的信號電平.