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如何提高晶振频率的精度与稳定性

发布时间:2020/6/21 17:45:06 访问次数:7044

xcv600e-6fg676恒温晶振的频率调整功能是靠数字锁相环(dpll)实现的,同模拟锁相环类似,它属于闭环的控制系统,由鉴相器(pd)、环路滤波器(lpf)、d/a转换器、压控恒温晶振(ocxo)组成。系统启动后,在fpga内部,数字鉴相器模块首先以gps接收机输出的10 khz时钟信号作为基准源,对恒温晶振整形并经过分频后的10 khz信号进行快速鉴相,用恒温晶振倍频后的300 mhz时钟对相位差进行量化,得到具体的超前或滞后数据,进而传递给环路滤波器模块,设置抖动门限参数,若相位超前或滞后量达到门限值,则迅速通过d/a转换器,对晶振的压控端电压进行相应调节。此方法可令晶振频率快速接近10 mhz,但是恒温晶振频率的改变需有一定的响应时间,快速调整压控端的电压会产生过调现象,频率稳定度不佳。

为进一步提高晶振频率的精度与稳定性,结合恒温晶振短期稳定度高的特点,在数字鉴相器模块中,以gps的1pps信号为基准,测量1pps与恒温晶振分频出的1hz信号的相位差。依据gps没有累积误差的优点,在环路滤波器模块中采用滑动平均滤波法来降低gps秒脉冲对测量带来的干扰,设计fifo存储器来配合计算出最近200 s的平均相位差,通过不断对比短时的相位差及长时的平均相位差,分析相位差的长期与短期变化动态,实时调节恒温晶振的控制电压,保证晶振输出稳定且准确的10 mhz时钟信号。晶振频率调整的过程如图3所示,此方法简单实用,可有效抑制1pps抖动对晶振造成的影响。

从晶振测量角度来看,计算法不适用于测试非线性晶振,因为测量精确度取决于晶振特性,而它的差异很大,如果存在其它适用的测试手段就应该放弃使用这种方法

物理负载电容法,如iec 444标准所述,该方法的基本概念是用一个实际电容与晶振串联,然后在指定负载电容下测量晶振,并对两者同时进行测量。这与计算法相比是一个很大的改进,因为没有过多估计,而且网络分析仪是在相对较低的阻抗上测量负载谐振频率(图3)。

该方法已被广泛采用,它有下面一些优点:

相比于计算法,负载谐振频率具有良好的可重复性。

不同机器之间可通过调整物理负载电容很容易实现一致,无需改变任何软件参数,只要有一张按不同用户、供应商、设备、频率、测试前端配置等做出的负载电容对照表即可。

led效率高于白炽灯,寿命长100倍,但它们需要专门的电子驱动电路,以避免出现过载的情况。主要的工作参数相对简单:保持通过led电流的恒定,并低于规定的最大值。

传统电源都有精准的电压输出,但电流是变化的。将led串接一只电阻可以控制电流。这种设计假定了led上的已知电压不会随led的温度而变化。不幸的是,led的正向电压实际上会随温度而改变。led制造商通常按正向电压对自己的器件作筛选分类,让灯具制造商制造的产品在一个固定温度下满足这个正向电压。led制造商采用未经筛选的led做电路可以节省时间,并获得廉价的led。led还有负的正向电压-温度系数,使驱动电路进入热击穿状态,因此要求设计者在电路设计中采取保护措施。

驱动led的理想方案是,电路能监控电流并保持其恒定。led的正向电压不会影响这种电路的类型,因此无需led筛选工作,也不受led负的正向电压-温度系数的影响。这些电路可以是复杂的开关稳压器,或带反馈回路的简单线性稳压器。

(素材来源:21ic和ttic和eechina.如涉版权请联系删除。特别感谢)

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xcv600e-6fg676恒温晶振的频率调整功能是靠数字锁相环(dpll)实现的,同模拟锁相环类似,它属于闭环的控制系统,由鉴相器(pd)、环路滤波器(lpf)、d/a转换器、压控恒温晶振(ocxo)组成。系统启动后,在fpga内部,数字鉴相器模块首先以gps接收机输出的10 khz时钟信号作为基准源,对恒温晶振整形并经过分频后的10 khz信号进行快速鉴相,用恒温晶振倍频后的300 mhz时钟对相位差进行量化,得到具体的超前或滞后数据,进而传递给环路滤波器模块,设置抖动门限参数,若相位超前或滞后量达到门限值,则迅速通过d/a转换器,对晶振的压控端电压进行相应调节。此方法可令晶振频率快速接近10 mhz,但是恒温晶振频率的改变需有一定的响应时间,快速调整压控端的电压会产生过调现象,频率稳定度不佳。

为进一步提高晶振频率的精度与稳定性,结合恒温晶振短期稳定度高的特点,在数字鉴相器模块中,以gps的1pps信号为基准,测量1pps与恒温晶振分频出的1hz信号的相位差。依据gps没有累积误差的优点,在环路滤波器模块中采用滑动平均滤波法来降低gps秒脉冲对测量带来的干扰,设计fifo存储器来配合计算出最近200 s的平均相位差,通过不断对比短时的相位差及长时的平均相位差,分析相位差的长期与短期变化动态,实时调节恒温晶振的控制电压,保证晶振输出稳定且准确的10 mhz时钟信号。晶振频率调整的过程如图3所示,此方法简单实用,可有效抑制1pps抖动对晶振造成的影响。

从晶振测量角度来看,计算法不适用于测试非线性晶振,因为测量精确度取决于晶振特性,而它的差异很大,如果存在其它适用的测试手段就应该放弃使用这种方法

物理负载电容法,如iec 444标准所述,该方法的基本概念是用一个实际电容与晶振串联,然后在指定负载电容下测量晶振,并对两者同时进行测量。这与计算法相比是一个很大的改进,因为没有过多估计,而且网络分析仪是在相对较低的阻抗上测量负载谐振频率(图3)。

该方法已被广泛采用,它有下面一些优点:

相比于计算法,负载谐振频率具有良好的可重复性。

不同机器之间可通过调整物理负载电容很容易实现一致,无需改变任何软件参数,只要有一张按不同用户、供应商、设备、频率、测试前端配置等做出的负载电容对照表即可。

led效率高于白炽灯,寿命长100倍,但它们需要专门的电子驱动电路,以避免出现过载的情况。主要的工作参数相对简单:保持通过led电流的恒定,并低于规定的最大值。

传统电源都有精准的电压输出,但电流是变化的。将led串接一只电阻可以控制电流。这种设计假定了led上的已知电压不会随led的温度而变化。不幸的是,led的正向电压实际上会随温度而改变。led制造商通常按正向电压对自己的器件作筛选分类,让灯具制造商制造的产品在一个固定温度下满足这个正向电压。led制造商采用未经筛选的led做电路可以节省时间,并获得廉价的led。led还有负的正向电压-温度系数,使驱动电路进入热击穿状态,因此要求设计者在电路设计中采取保护措施。

驱动led的理想方案是,电路能监控电流并保持其恒定。led的正向电压不会影响这种电路的类型,因此无需led筛选工作,也不受led负的正向电压-温度系数的影响。这些电路可以是复杂的开关稳压器,或带反馈回路的简单线性稳压器。

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