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惠源晶工

发布日期:2019-12-24

      当今,“云”时代和5G时代的来临,对频率源的性能指标要求越来越高。在大量的高端频率源中有源晶振实际上仍处于相当重要的核心地位,而不是从属地位。为了应对市场快速发展的需求,发展新技术研制更高端的晶体振荡器是一个必然选择。频率稳定度是衡量晶体振荡器性能的关键技术指标。传统的测量频率稳定度方法测频范围局限,无法测量瞬态稳定度,导致频率源的稳定度变化规律不能全面反映,频率源的物理本质也无法体现。已有的提高晶体振荡器频率稳定度的方法,大多通过老化补偿、优化振荡线路和制造工艺等方法来改善,而不是从本质对其研究和改进,因此效果不显著或存在不确定性。随着数字化全频率稳定度测量技术的发展,克服了传统测量技术的局限性,可以实现频率源全响应时间频率稳定度的测量,便于从频率

     源的本质对其研究和改进。论文的主要贡献如下:

1.利用数字化全频率稳定度测量技术,测量了晶体振荡器和铷钟的全响应时间频率稳定度特性,同时利用现有的相位噪声测量系统测量了两者的相位噪声。然后针对测量结果全面分析了晶体振荡器和铷钟的稳定度和相位噪声之间的对应特性,首次建立了全响应时间频率稳定度随时间的变化规律与相位噪声的实际效果一一对应的关系,揭示了频率源相位或者频率控制的本质。并对多种时频装置的稳定度特性进行了深入的探索,晶体振荡器1/τ的稳定度变化规律形成了原子钟、DDS等时频装置的稳定度本底,以其为基础的锁相式的频率源的稳定度随时间的变化规律仍保持了1/z


2.基于以上分析结果,为了改善有源晶振的稳定度特性,本文提出了一种利用传输延迟高稳定性结合ADC(模数转换器)数字化采集的延迟反馈控制方案。将VCXO的信号经过延时单元后,作为ADC的采样时钟采集未经延时的CXO的信完成信号自标准比对获取信号的相位起伏信息,并将其反馈到VCXO的压控端进行补偿,实现瞬态稳定度的改善。由于晶体振荡器的瞬态到短期稳定度1/τ的变化规律保持不变,就可以通过对瞬态稳定度的改善影响到全响应时间频率稳定度特性。理论分析与初步实验结果证明,该延迟反馈补偿方法可以真实反映晶体振荡器的工作特性,可将晶体振荡器的频率稳定度整体提高2~3倍。这种自标准、同源校准的方法,对于提高频率源性能开辟了新思路,具有非常重要的参考价值和进一步的研究价值。