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更多>>有源晶振老化及相位噪聲測試技術(shù)
來源：http://diginow.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(shù)指標(biāo)之一,它對通信和雷達設(shè)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(wěn)定低相躁晶體振蕩器的設(shè)計中的主要考慮原因因素之一.石英晶體振蕩器的的指標(biāo)包括噪聲指標(biāo),其中噪聲指標(biāo)是最主要的,非噪聲指標(biāo)可以再解決噪聲指標(biāo)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(shù),僅供參考.
相位噪聲測試
為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果,必須采取一些預(yù)防措施.
a.電源電壓必須具有低噪聲.應(yīng)避免使用開關(guān)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(diào)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(yīng)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(jù)段落5b中所示的電路從中導(dǎo)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(huán)境的虛假響應(yīng),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(yīng)與測試設(shè)備放在同一張桌子上,因為它的振動是由風(fēng)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(guān)度足夠高(在互相關(guān)測試模式下).
8.短期穩(wěn)定性試驗
短期穩(wěn)定性的推薦衡量標(biāo)準(zhǔn)是所謂的Allan偏差(ADEV)或重疊Allan偏差(OADEV).
由于內(nèi)部插值過程,使用現(xiàn)代高分辨率計數(shù)器可能會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果.
為了避免干擾和觸發(fā)錯誤,必須采取以下預(yù)先警告:
-在測試設(shè)置中避免接地回路
-使用相位穩(wěn)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(yīng)考慮在內(nèi)(見第7段).
-環(huán)境溫度必須盡可能穩(wěn)定.隔熱強烈推薦環(huán)境和氣流.聲學(xué)噪聲和必須嚴(yán)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(yīng)檢查數(shù)據(jù)集的一致性.異常值,即相位或頻率跳變,應(yīng)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(fā)生器引起的.
在開始數(shù)據(jù)采集之前,振蕩器必須在較長的穩(wěn)定時間內(nèi)持續(xù)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(wěn)定時間.根據(jù)經(jīng)驗,穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該不少于12小時,對于參考測量,被測振蕩器應(yīng)該穩(wěn)定至少24小時
9.頻率老化試驗
有源晶振應(yīng)保持在規(guī)定的溫度,公差和穩(wěn)定性下持續(xù)30天.插入烘箱后,應(yīng)允許振蕩器與室內(nèi)空氣溫度平衡.然后,在開始測量采集周期之前,振蕩器應(yīng)通電并穩(wěn)定1小時.振蕩器的初始頻率應(yīng)在穩(wěn)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(yīng)為+70°C或最高指定工作溫度,以較低者為準(zhǔn).
插入烘箱后,溫補晶振應(yīng)在開始測量采集之前在老化溫度下穩(wěn)定48小時(除非另有規(guī)定).每臺機組的頻率應(yīng)在穩(wěn)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(wěn)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(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合和評估.
所獲得的測量值應(yīng)使用最小二乘法擬合以下函數(shù)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(shù).指定周期結(jié)束時的總頻率變化和老化速率應(yīng)使用最小二乘擬合確定的常數(shù)根據(jù)上述等式確定.
一段時間內(nèi)預(yù)計的總頻率變化應(yīng)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(shù)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(jù)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(yīng)用,采用屏蔽等級S,對于其他高可靠性應(yīng)用,采用屏蔽等級B.
對于1類振蕩器(離散技術(shù))和3類振蕩器(混合技術(shù)),篩選程序包括以下步驟:
相位噪聲測試
為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果,必須采取一些預(yù)防措施.
a.電源電壓必須具有低噪聲.應(yīng)避免使用開關(guān)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(diào)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(yīng)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(jù)段落5b中所示的電路從中導(dǎo)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(huán)境的虛假響應(yīng),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(yīng)與測試設(shè)備放在同一張桌子上,因為它的振動是由風(fēng)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(guān)度足夠高(在互相關(guān)測試模式下).
8.短期穩(wěn)定性試驗
短期穩(wěn)定性的推薦衡量標(biāo)準(zhǔn)是所謂的Allan偏差(ADEV)或重疊Allan偏差(OADEV).
由于內(nèi)部插值過程,使用現(xiàn)代高分辨率計數(shù)器可能會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果.
為了避免干擾和觸發(fā)錯誤,必須采取以下預(yù)先警告:
-在測試設(shè)置中避免接地回路
-使用相位穩(wěn)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(yīng)考慮在內(nèi)(見第7段).
-環(huán)境溫度必須盡可能穩(wěn)定.隔熱強烈推薦環(huán)境和氣流.聲學(xué)噪聲和必須嚴(yán)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(yīng)檢查數(shù)據(jù)集的一致性.異常值,即相位或頻率跳變,應(yīng)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(fā)生器引起的.
在開始數(shù)據(jù)采集之前,振蕩器必須在較長的穩(wěn)定時間內(nèi)持續(xù)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(wěn)定時間.根據(jù)經(jīng)驗,穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該不少于12小時,對于參考測量,被測振蕩器應(yīng)該穩(wěn)定至少24小時
9.頻率老化試驗
有源晶振應(yīng)保持在規(guī)定的溫度,公差和穩(wěn)定性下持續(xù)30天.插入烘箱后,應(yīng)允許振蕩器與室內(nèi)空氣溫度平衡.然后,在開始測量采集周期之前,振蕩器應(yīng)通電并穩(wěn)定1小時.振蕩器的初始頻率應(yīng)在穩(wěn)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(yīng)為+70°C或最高指定工作溫度,以較低者為準(zhǔn).
插入烘箱后,溫補晶振應(yīng)在開始測量采集之前在老化溫度下穩(wěn)定48小時(除非另有規(guī)定).每臺機組的頻率應(yīng)在穩(wěn)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(wěn)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(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合和評估.
所獲得的測量值應(yīng)使用最小二乘法擬合以下函數(shù)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(shù).指定周期結(jié)束時的總頻率變化和老化速率應(yīng)使用最小二乘擬合確定的常數(shù)根據(jù)上述等式確定.
一段時間內(nèi)預(yù)計的總頻率變化應(yīng)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(shù)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(jù)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(yīng)用,采用屏蔽等級S,對于其他高可靠性應(yīng)用,采用屏蔽等級B.
對于1類振蕩器(離散技術(shù))和3類振蕩器(混合技術(shù)),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(fù)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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