晶体振荡器全面而精确的测量和表征

发表于 3/29/2013 4:31:15 PM 阅读（2136）

一个小小的晶体振荡器，在系统中，往往是很不起眼的器件。但这个器件的品质和稳定性，会决定整个系统的指标和特性。因此，无论是最为晶体振荡器研发和品质管理的工程师，还是为系统选择振荡器的工程师，都必须关心它的各项关键指标，如频率和频率偏差、温度稳定性、老化率、抖动，甚至还有相位噪声等等。在这片文章中，我们将关注如何利用高品质、多功能的频率计数器，来全面测量晶体振荡器的关键指标和稳定性

关键指标的测量

除当前频率外，晶体振荡器的关键指标还包括了频率的平均值、最大值、最小值、标准偏差和艾伦偏差等等。目前市场上有些新出的频率计数器具备了内置的算法功能，这些测量和运算结果都能直接显示在屏幕上。如下图所示。这是一个10MHz的信号的测量。我们启用了AC耦合，连续705次的测量，100ms 的闸门时间，得到了我们所需要的测量结果。

艾伦偏差是作为晶体振荡器的一个非常重要的指标。准确获得艾伦偏差的值，需要频率计数器具备无间隙频率连续测量的能力，
也就是说，这是一种无“死区”的频率连续测量能力。具备这一能力的频率计数器市场很少见。安捷伦的53230A则是其中之一。

在研发过程中，有些更高要求的晶体振荡器可能需要测量更多的指标，如频率特性、相位噪声等，这就需要利用其它的仪器了。

频率变化的测量：

在测量了以上这些参数之后，我们就需要观察频率的漂移情况，如频率随时间、温度或其他参数的变化过程。实现这种测试的方法有两种，一种是利用计算机对频率计数器进行编程，将计数器的读数传入计算机，再进行处理。这种方法比较麻烦，但适用于一些老式的频率计数器，如安捷伦的53130 系列。但在最新的频率计数器上，这个测试就变得非常简单，只需要启动趋势图的显示功能就可以了。如下图所示。我们利用53230A频率计数器进行频率的连续监测，屏幕上就可以显示其变化趋势。由于53230具有1M点的存储器，如果我们每10秒钟测试一次频率，我们可以连续监测几个月！

噪声信号分布的测量：

噪声信号直接影响输出频率的准确度。直方图则可以直接显示噪声信号的分布。如果噪声呈如您预期的高斯分布，而且在设计的范围之内，说明产品工作是正常的。但如果在某一频率出现高百分比的测量结果，说明存在对信号的非预期调制效应，您需要跟踪寻找这一调制源。如下图所示，这里利用安捷伦的53230A获得的10MHz晶振频率分布的直方图。