Release date:2019-12-24
當(dāng)今,“云”時代和5G時代的來臨,對頻率源的性能指標(biāo)要求越來越高。在大量的高端頻率源中有源晶振實(shí)際上仍處于相當(dāng)重要的核心地位,而不是從屬地位。為了應(yīng)對市場快速發(fā)展的需求,發(fā)展新技術(shù)研制更高端的晶體振蕩器是一個必然選擇。頻率穩(wěn)定度是衡量晶體振蕩器性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。傳統(tǒng)的測量頻率穩(wěn)定度方法測頻范圍局限,無法測量瞬態(tài)穩(wěn)定度,導(dǎo)致頻率源的穩(wěn)定度變化規(guī)律不能全面反映,頻率源的物理本質(zhì)也無法體現(xiàn)。已有的提高晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的方法,大多通過老化補(bǔ)償、優(yōu)化振蕩線路和制造工藝等方法來改善,而不是從本質(zhì)對其研究和改進(jìn),因此效果不顯著或存在不確定性。隨著數(shù)字化全頻率穩(wěn)定度測量技術(shù)的發(fā)展,克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性,可以實(shí)現(xiàn)頻率源全響應(yīng)時間頻率穩(wěn)定度的測量,便于從頻率
源的本質(zhì)對其研究和改進(jìn)。論文的主要貢獻(xiàn)如下:
1.利用數(shù)字化全頻率穩(wěn)定度測量技術(shù),測量了晶體振蕩器和銣鐘的全響應(yīng)時間頻率穩(wěn)定度特性,同時利用現(xiàn)有的相位噪聲測量系統(tǒng)測量了兩者的相位噪聲。然后針對測量結(jié)果全面分析了晶體振蕩器和銣鐘的穩(wěn)定度和相位噪聲之間的對應(yīng)特性,首次建立了全響應(yīng)時間頻率穩(wěn)定度隨時間的變化規(guī)律與相位噪聲的實(shí)際效果一一對應(yīng)的關(guān)系,揭示了頻率源相位或者頻率控制的本質(zhì)。并對多種時頻裝置的穩(wěn)定度特性進(jìn)行了深入的探索,晶體振蕩器1/τ的穩(wěn)定度變化規(guī)律形成了原子鐘、DDS等時頻裝置的穩(wěn)定度本底,以其為基礎(chǔ)的鎖相式的頻率源的穩(wěn)定度隨時間的變化規(guī)律仍保持了1/z
2.基于以上分析結(jié)果,為了改善有源晶振的穩(wěn)定度特性,本文提出了一種利用傳輸延遲高穩(wěn)定性結(jié)合ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)數(shù)字化采集的延遲反饋控制方案。將VCXO的信號經(jīng)過延時單元后,作為ADC的采樣時鐘采集未經(jīng)延時的CXO的信完成信號自標(biāo)準(zhǔn)比對獲取信號的相位起伏信息,并將其反饋到VCXO的壓控端進(jìn)行補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)穩(wěn)定度的改善。由于晶體振蕩器的瞬態(tài)到短期穩(wěn)定度1/τ的變化規(guī)律保持不變,就可以通過對瞬態(tài)穩(wěn)定度的改善影響到全響應(yīng)時間頻率穩(wěn)定度特性。理論分析與初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,該延遲反饋補(bǔ)償方法可以真實(shí)反映晶體振蕩器的工作特性,可將晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度整體提高2~3倍。這種自標(biāo)準(zhǔn)、同源校準(zhǔn)的方法,對于提高頻率源性能開辟了新思路,具有非常重要的參考價值和進(jìn)一步的研究價值。
