精确时序稳定性的八大影响因素

使用TCXO温补晶振和恒温控制振荡器 （OCXO） 等振荡器，因为它们具有出色的频率稳定性。它们在特定频率下产生非常精确和一致的电信号，为数字电子系统提供心跳。在许多应用中，保持频率稳定性极为重要，从通信、企业和数据中心到汽车、工业和国防。

温度是影响石英晶体振荡器稳定性的主要因素之一。系统温度环境的变化会使振荡器的输出频率发生相应的变化。因此，TCXO 和 OCXO 数据表中的主要规格是频率温度稳定性。该规格以百万分之一 （ppm） 或十亿分之一 （ppb） 表示，以标称输出频率为参考。它表示振荡器的频率在指定工作温度范围内的偏差。

但是，频率-温度-温度稳定性本身不足以预测精密振荡器在实际系统中的性能。在实践中，振荡器数据手册中不同的稳定性规格说明了影响稳定性的许多因素，在评估系统的整体稳定性时，必须仔细考虑这些规格。

最重要的是，当稳定性至关重要时，必须考虑影响因素的完整列表。根据应用的不同，这些因素中的一个或多个可能比广泛宣传的频率-温度稳定性数字更重要。以下是 precision 振荡器输出的整体频率稳定性的前 8 个因素。

1、频率-温度-稳定性
该规范是精密有源晶振的横幅规范，因为振荡器的输出频率会受到温度的显著影响。该规范描述了在器件的生命周期内，输出频率在指定环境温度范围内如何变化，并包括热滞后效应。
2、热滞后
热滞后是两次测量之间的最大差值：温度从指定温度范围的底部上升到顶部的频率，以及温度从指定温度范围的顶部下降到底部的频率。绘制时，两条曲线形成眼睛的形状。通常指定两条曲线之间的最大垂直差（或“眼睛”的最高部分）。实现的稳定性不能小于其磁滞，这使得磁滞成为整体稳定性的限制因素。
3、频率-温度-斜率
这描述了输出频率如何因温度波动而变化。它也被称为频率-温度-斜率，缩写为 dF/dT，以 ppb/°C 为单位。 通常，温度斜坡速率为 0.5°C/min 或 1°C/min，但对于部署在恶劣环境中的系统，升温速率可能高达 5°C/min。
4、初始公差
它量化了石英晶振初始频率相对于给定温度（通常为 25°C）下目标频率的精度，并以 ppm 为单位指定。要求高精度的系统可以在生产过程中根据更精确的参考校准振荡器，然后再运送给客户，从而最大限度地降低初始公差。可能需要定期校准，以解决导致系统超出规格的老化问题。
5、老化
老化量化了当外部因素（例如环境温度和电源电压）保持恒定时，输出频率如何随时间变化。此规范通常指定为 1 天、1 年、10 年和 20 年。
6、电压灵敏度
这描述了石英晶振输出频率如何随振荡器的电源电压而变化。因此，最好使用稳压电源来最大限度地减少电源电压变化。将这种调节集成到振荡器封装中，使器件在嘈杂的电路板环境中更加稳健，并且无需专用的外部调节，从而可能节省宝贵的系统空间。
7、负载灵敏度
负载灵敏度是受电气条件影响的另一个因素，表示振荡器受所连接电路负载特性的影响程度。它定义了振荡器输出频率如何随谐振器观察到的电容负载 （CL） 的变化而变化。这种效应以 ppm 或 ppb 表示，在指定的皮法电容下。
8、对振动敏感
G 灵敏度（其中 G 是重力加速度）描述输出频率在加速度下的变化情况。由于加速度可以发生在空间中三个轴的任意组合中，因此每个轴的加速度灵敏度和方根等于总 g 灵敏度或 Gamma 矢量，以 ppb/g 为单位表示。这个数字对于航空航天和国防应用中的关键任务系统尤为重要，在这些系统中，SPXO振荡器会受到喷气或火箭推进等因素的较大 g 力。