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更多>>有源晶振老化及相位噪聲測試技術
來源：http://m.jqhs.com.cn 作者：康比電子 2019年01月24
相位噪聲是石英晶體振蕩器主要的技術指標之一,它對通信和雷達設備的好壞有著很大的影響,所以對晶振相位噪聲的研究在高穩定低相躁晶體振蕩器的設計中的主要考慮原因因素之一.石英晶體振蕩器的的指標包括噪聲指標,其中噪聲指標是最主要的,非噪聲指標可以再解決噪聲指標的同時一并考慮.下面康比電子提供有源晶振老化及相位噪聲測試技術,僅供參考.
相位噪聲測試
為了獲得準確的結果,必須采取一些預防措施.
a.電源電壓必須具有低噪聲.應避免使用開關電源裝置(PSU).建議使用電池操作.建議使用大于100°F的高電容阻斷電容.
b.電子頻率控制(EFC)輸入對噪聲非常敏感,因為它直接調制石英晶體振蕩器級.因此,控制電壓(VC)必須來自極低噪聲的DC源,最好是電池.
一些相位噪聲測試儀器提供了合適的來源.控制電壓應通過屏蔽(同軸)電纜連接.
如果振蕩器包括參考電壓(VREF)輸出,強烈建議根據段落5b中所示的電路從中導出控制電壓.
可選地,VC輸入可以連接到接地引腳.
c.為避免干擾來自環境的虛假響應,建議將被測器件(DUT)放置在電磁屏蔽機柜中.
d.由于其固有的壓電性,振蕩器中的晶振單元是對任何機械振動都非常敏感.因此,被測振蕩器不應與測試設備放在同一張桌子上,因為它的振動是由風扇和變壓器引起的.
e.如果必須測量非常低的噪聲基底水平,必須注意測試儀器的噪聲基底足夠低,相關度足夠高(在互相關測試模式下).
8.短期穩定性試驗
短期穩定性的推薦衡量標準是所謂的Allan偏差(ADEV)或重疊Allan偏差(OADEV).
由于內部插值過程,使用現代高分辨率計數器可能會導致錯誤的結果.
為了避免干擾和觸發錯誤,必須采取以下預先警告:
-在測試設置中避免接地回路
-使用相位穩定電纜
-測量的信號必須具有快速上升和下降時間,并且具有較低的附加抖動和滯后.
-對于電源電壓和控制電壓的有源晶振有同樣的考慮相位噪聲測量應考慮在內(見第7段).
-環境溫度必須盡可能穩定.隔熱強烈推薦環境和氣流.聲學噪聲和必須嚴格避免振動.
-在這種情況下,被測振蕩器的電磁屏蔽可能是必要的振蕩器的更高電磁靈敏度.
在計算分析之前,應檢查數據集的一致性.異常值,即相位或頻率跳變,應該被識別和去除,如果可以確定的話,這些異常值是由外部影響引起的,而不是由信號發生器引起的.
在開始數據采集之前,振蕩器必須在較長的穩定時間內持續工作.恒溫晶振(OCXO)比其他振蕩器類型(SPXO,VCXO和TCXO)需要更長的穩定時間.根據經驗,穩定的標準值應該不少于12小時,對于參考測量,被測振蕩器應該穩定至少24小時
9.頻率老化試驗
有源晶振應保持在規定的溫度,公差和穩定性下持續30天.插入烘箱后,應允許振蕩器與室內空氣溫度平衡.然后,在開始測量采集周期之前,振蕩器應通電并穩定1小時.振蕩器的初始頻率應在穩定周期(1小時)后立即測量,此后間隔不超過72小時(每30天周期允許96小時的最大間隔除外)至少30天.老化溫度應為+70°C或最高指定工作溫度,以較低者為準.
插入烘箱后,溫補晶振應在開始測量采集之前在老化溫度下穩定48小時(除非另有規定).每臺機組的頻率應在穩定期后立即測量,然后每周至少測量四次,間隔至少20小時.
a .非溫度穩定振蕩器的老化試驗
-開機至少一個小時.
-參考溫度下頻率的初始測量值,例如25°c.
-儲存在烤箱中,溫度為85°c或TBD,但不高于最高工作溫度.
-1,2,5,10,20天后的中間測量.
-進行測量,從烤箱中取出振蕩器,存放在房間里溫度保持1小時以避免溫度沖擊
-測量參考溫度下的頻率
-頻率@參考溫度30天后的最終測量
OCXO晶振老化試驗
-OCXO保持室溫
-開機至少兩個小時.
-中頻測量頻率,每周5次( AXTAL :一次每小時).
-30天后,最終測量了頻率.
-從第3天開始,對數據進行數據擬合和評估.
所獲得的測量值應使用最小二乘法擬合以下函數之一:
其中f(t)是有源晶振的頻率,在老化周期開始后的t天,a0,a1,a2是由最小二乘擬合確定的常數.指定周期結束時的總頻率變化和老化速率應使用最小二乘擬合確定的常數根據上述等式確定.
一段時間內預計的總頻率變化應使用以下公式計算:
其中f(t)是老化近似值a)或b)之一,其中擬合參數a0,a1和a2以及d0是老化測試的最后一天加上30天.
注:
通常使用相對頻率f/f(以ppm或ppb為單位)來代替頻率f(以Hz為單位).
10.根據MIL-PRF-55310進行篩選
對高可靠性貼片晶振振蕩器進行100%篩選測試.對于高可靠性空間應用,采用屏蔽等級S,對于其他高可靠性應用,采用屏蔽等級B.
對于1類振蕩器(離散技術)和3類振蕩器(混合技術),篩選程序包括以下步驟:
相位噪聲測試
為了獲得準確的結果,必須采取一些預防措施.
a.電源電壓必須具有低噪聲.應避免使用開關電源裝置(PSU).建議使用電池操作.建議使用大于100°F的高電容阻斷電容.
b.電子頻率控制(EFC)輸入對噪聲非常敏感,因為它直接調制石英晶體振蕩器級.因此,控制電壓(VC)必須來自極低噪聲的DC源,最好是電池.
一些相位噪聲測試儀器提供了合適的來源.控制電壓應通過屏蔽(同軸)電纜連接.
如果振蕩器包括參考電壓(VREF)輸出,強烈建議根據段落5b中所示的電路從中導出控制電壓.
可選地,VC輸入可以連接到接地引腳.
c.為避免干擾來自環境的虛假響應,建議將被測器件(DUT)放置在電磁屏蔽機柜中.
d.由于其固有的壓電性,振蕩器中的晶振單元是對任何機械振動都非常敏感.因此,被測振蕩器不應與測試設備放在同一張桌子上,因為它的振動是由風扇和變壓器引起的.
e.如果必須測量非常低的噪聲基底水平,必須注意測試儀器的噪聲基底足夠低,相關度足夠高(在互相關測試模式下).
8.短期穩定性試驗
短期穩定性的推薦衡量標準是所謂的Allan偏差(ADEV)或重疊Allan偏差(OADEV).
由于內部插值過程,使用現代高分辨率計數器可能會導致錯誤的結果.
為了避免干擾和觸發錯誤,必須采取以下預先警告:
-在測試設置中避免接地回路
-使用相位穩定電纜
-測量的信號必須具有快速上升和下降時間,并且具有較低的附加抖動和滯后.
-對于電源電壓和控制電壓的有源晶振有同樣的考慮相位噪聲測量應考慮在內(見第7段).
-環境溫度必須盡可能穩定.隔熱強烈推薦環境和氣流.聲學噪聲和必須嚴格避免振動.
-在這種情況下,被測振蕩器的電磁屏蔽可能是必要的振蕩器的更高電磁靈敏度.
在計算分析之前,應檢查數據集的一致性.異常值,即相位或頻率跳變,應該被識別和去除,如果可以確定的話,這些異常值是由外部影響引起的,而不是由信號發生器引起的.
在開始數據采集之前,振蕩器必須在較長的穩定時間內持續工作.恒溫晶振(OCXO)比其他振蕩器類型(SPXO,VCXO和TCXO)需要更長的穩定時間.根據經驗,穩定的標準值應該不少于12小時,對于參考測量,被測振蕩器應該穩定至少24小時
9.頻率老化試驗
有源晶振應保持在規定的溫度,公差和穩定性下持續30天.插入烘箱后,應允許振蕩器與室內空氣溫度平衡.然后,在開始測量采集周期之前,振蕩器應通電并穩定1小時.振蕩器的初始頻率應在穩定周期(1小時)后立即測量,此后間隔不超過72小時(每30天周期允許96小時的最大間隔除外)至少30天.老化溫度應為+70°C或最高指定工作溫度,以較低者為準.
插入烘箱后,溫補晶振應在開始測量采集之前在老化溫度下穩定48小時(除非另有規定).每臺機組的頻率應在穩定期后立即測量,然后每周至少測量四次,間隔至少20小時.
a .非溫度穩定振蕩器的老化試驗
-開機至少一個小時.
-參考溫度下頻率的初始測量值,例如25°c.
-儲存在烤箱中,溫度為85°c或TBD,但不高于最高工作溫度.
-1,2,5,10,20天后的中間測量.
-進行測量,從烤箱中取出振蕩器,存放在房間里溫度保持1小時以避免溫度沖擊
-測量參考溫度下的頻率
-頻率@參考溫度30天后的最終測量
OCXO晶振老化試驗
-OCXO保持室溫
-開機至少兩個小時.
-中頻測量頻率,每周5次( AXTAL :一次每小時).
-30天后,最終測量了頻率.
-從第3天開始,對數據進行數據擬合和評估.
所獲得的測量值應使用最小二乘法擬合以下函數之一:
其中f(t)是有源晶振的頻率,在老化周期開始后的t天,a0,a1,a2是由最小二乘擬合確定的常數.指定周期結束時的總頻率變化和老化速率應使用最小二乘擬合確定的常數根據上述等式確定.
一段時間內預計的總頻率變化應使用以下公式計算:
其中f(t)是老化近似值a)或b)之一,其中擬合參數a0,a1和a2以及d0是老化測試的最后一天加上30天.
注:
通常使用相對頻率f/f(以ppm或ppb為單位)來代替頻率f(以Hz為單位).
10.根據MIL-PRF-55310進行篩選
對高可靠性貼片晶振振蕩器進行100%篩選測試.對于高可靠性空間應用,采用屏蔽等級S,對于其他高可靠性應用,采用屏蔽等級B.
對于1類振蕩器(離散技術)和3類振蕩器(混合技術),篩選程序包括以下步驟:
| 試驗 | 級別S | 乙級 |
| 隨機振動 | MIL-STD-202,甲基.214秒.I-B,5分鐘/軸 | 不適用 |
| 熱沖擊 | MIL-STD-202,甲基.107秒.A-1 | MIL-STD-202,甲基.107秒.A-1 |
|
電氣試驗: 輸入電流/功率輸出波形輸出電平 |
十 | 不適用不適用不適用 |
| 老化(負載) | 最大240小時.工作溫度 | 最大160小時.工作溫度 |
|
電氣試驗: 輸入電流/功率輸出波形輸出電平 |
十 | 不適用不適用不適用 |
| 密封試驗 | MIL-STD-202,甲基.112 | MIL-STD-202,甲基.112 |
| 射線照相 | MIL-STD-202,甲基.209 |
不適用
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