直接驱动数字集成电路的石英晶体振荡器

无线电技术的发展,使得石英晶体振荡器的应用日趋普遍。近几年来,数字集成电路的迅速推广应用,对石英晶体振荡器提出了新的要求。本文介绍的ZBM型薄膜电路石英晶体振荡器和ZH型混合电路石英晶体振荡器,是分别直接驱动MOS型和TTL型数字集成电路的新型件器。     

新型无电极晶体振荡器的性能

无电极(BVA)石英晶体振荡器已在法国的Besancon研制成功并由瑞士的Neuchat-el oscilloquartz S.A.进行工业化生产。这种谐振器使石英晶体振荡器的长期性能得到改善。由于允许较高的激励电平,所以也保证了较好的短期稳定度[5][6]。已经用三种不同的振荡器获得了实验结     

低温下工作的石英晶体振荡器

本文介绍石英晶体谐振器在低温下工作的性能试验结果及其在高稳定振荡器中的应用。已经对两种不同型号的晶体谐振器进行了测试:BVA_2型设计(无电极设计)的5MHz谐振器和常规设计的5MHz、五次泛音 AT 切谐振器。在4.2K 时 Q 值大约增加了一个数量级。低于4.2K 时所测出的上述每一种谐振器的 Q 值均无明显的增加。对于这两种型号的晶体,各取一只样品,在靠近2K 时的温度系数和4.2K 时的数值相比较是显著降低了。BVA_2型样品在靠近2K 时的温度系数为3×10~(-10)/K。同一只晶体在靠近2K 时所得到的幅频效应表明,在10~(-7)瓦以上时频率随晶体耗散功率的变化是很大的。本文给出了采用在低温下工作的石英晶体谐振器来稳定振荡器系统的某些结果。     

石英谐振器的现状和展望

本文综述了应用于频率控制技术的石英谐振器的目前状况,着重论述了在通信、制导和航天等技术中应用的高 g 精密石英谐振器的现状,并指出了今后有关这方面的发展前景.     

5MHz空气隙石英谐振器的研制

通常的高精密石英谐振器采用的是电极膜直接被在石英晶体谐振片上,玻璃壳火封或冷压焊封装结构。本文介绍一种结构全新的高精密石英谐振器的设计、工艺和性能。它的电极膜是被在靠近石英晶体谐振片的上下二个电容器上,电极膜与谐振片形成空气隙形状,所以称为空气隙石英谐振器或无电极石英谐振器。它的外壳采用了密封性能很好的金属化氢焊和电子束焊封接装技术,使产品提高Q值和改进老化。尤其是石英晶体谐振片采用了SC切型进一步提高了短期频率稳定度和加速度灵敏度。     

小型BVA 石英谐振器的研制

传统的BVA石英谐振器在老化率和Q值方面具有优良的性能,但其体积大,抗振可靠性较差,限制了其推广和应用。本文介绍了一种新结构的BVA石英谐振器,通过优化电容片和石英晶片的结构设计,研制出更小尺寸的异型石英晶片和电容片,整个小型BVA谐振器的尺寸减小到HC-40/U,性能指标与传统BVA石英谐振器相当,同时具有较高的抗振可靠性。     

高速飞行器用石英晶体振荡器

本文论述高速飞行器运行时的恶劣环境对石英晶体振荡器频率稳定度的影响,研究了晶体振荡器的频率振动效应和热效应,论述了把运算放大器用于控温电路对解决低温环境下恒温器快速加热的优越性。研制的两种晶体振荡器分别通过了功率谱密度为0.20g~2/Hz和0.16g~2/Hz的随机振动例行试验;在—30℃的低温条件下加电半小时达到基本稳定状态;频率日老化率达到10~(-9)～10~(-10)量级。文章还叙述了设计中应注意的问题,并给出了具体电路。     

晶体谐振器—振荡器测试设备及测试结果

一、引言美国陆军电子技术及器件实验室(ETDL)的频率控制与计时分部的主要任务是要提高晶体谐振器与振荡器工艺水平,以满足军队用户的要求。第二个任务是向计划管理人员、系统设计人员提供谘询并维持晶体谐振器与振荡器的军用技术指标(也就是MIL-C-3098和MIL-0-55310)。这些任务要求对晶体谐振器和振荡器的工艺水平有详细而实际的了解。本文的目的是概述本实验室的技术力量,介绍一些研究结果,并在需要时向国防部所属用户提供晶体振荡器的测试、选择、技术指标和研制方面的帮助。     

移动用恒温石英晶体振荡器设计

根据实际需要 ,利用AT切型石英晶体良好的温频特性 ,设计一种恒温石英谐振器 ,并对它的主振电路、幅度放大电路、波形变换电路、自动增益电路和压控电路等诸多因素的特性进行了综合分析 ,使其具有良好的老化特性和频率的稳定性。     

SC切10MHz高稳定度石英谐振器

为了满足航天技术对石英谐振器频率稳定性、幅频特性、辐照特性,以及耐高温和耐高加速度的要求,研制了 SC 切10MHz 三次泛音高稳定度晶体谐振器,介绍了在制作过程中某些关键工艺的解决途径。同时,也列出了此种谐振器的实际性能指标和用此谐振器组装的振荡器的稳定度指标。测试结果证明,SC 切晶体谐振器确实比 AT 切的具有更多的优点。同时,也指出了存在的问题.     

Seektalk铷振荡器的振动补偿

过去,都未曾设计过在剧烈振动条件下工作的原子振荡器。近年来,已设计出一些振荡器能够经受一定的振动,但是,现在要求它们能适应峰值为14g的正弦振动和频谱为0.5g~2/Hz或更高的随机振动。在几年前,也许只要求原子振荡器在这些条件下不被损坏,而现在却是它正常工作的环境条件。改善铷振荡器的加速度敏感性的努力已在铷的部分取得成功,但是,当把晶体振荡器的频率倍增到6.8GHz对铷询问时,石英晶体振荡器中振动产生的边带,就带来了很大的困难。当然,晶体振荡器输出的频率对用户也是有用的,但用户在倍增到超高频或微波时也有类似的困难。减少这种困难的途径有:(1)“非晶体”振荡器,(2)比较不灵敏的石英晶体,(3)加速度计补偿电路,(4)上述几种方法的结合。本文致力于研究振动的加速度计补偿和晶体的加速度灵敏度。R.L Filler博士和V.R.Rosati完成的研究工作中应用了大量的參考资料。我们的计划是把政府机构的研究成果与Efratom的研制能力结合起来,生产一种小型化的铷振荡器,这种振荡器是一种适合于在恶劣的Seektalk振动环境下工作的精密原子振荡器。     

怎样减小振动对SC切石英晶体振荡器的影响

要给现代化通讯、导航及雷达系统提供必要的频谱纯度,就必须减小石英谐振器的加速灵敏度(γ),例如从γ=10~(-10)/g 减小到γ=10~(-12)/g。为了实现这一目的,当前正在研究几种(仅与谐振器有关的)无源法。专门设计的单谐振器和双谐振器是无源法应用的两个实例。应用电子线路的有源法已经进行了研究,它能进一步使振动影响减到1/50。然而,用来实现这种方法的变容二极管的非线性限制了可能达到的最终减小量。本文介绍一种可供使用的有源法。这种方法的原理是应用 SC 切晶体的线性电压～频率特性,而要点在于把相位适当的振动模拟信号电压直接加在晶体电极上。用几块不同的SC 切晶体所做的一系列试验都确认了这种有源法的效果。把晶体振荡器略加修改,是为了加入补偿电压,而不会改变振荡器的电路原理。补偿测试范围:加速度1至14g,振动频率50至500Hz;补偿电压大小取决于γ的初值,可从-20至+20V(峰-峰值)。初步实验结果表明,在不连续的频率上γ值几乎能降低三个数量级,在50到500Hz 连续频率范围能降低一个数量级。     

首次从理论上阐明石英谐振器在室温、低温下1/f噪声和Q值的关系

石英晶体振荡器的极限稳定度是由时域噪声本底相对应的石英谐振器频率噪声决定的。只有减小电子噪声的起伏,才能测量谐振器本身的谐振频率起伏。使用π型传输网络和相位平衡电桥,能够将激励源的相位起伏抑制50-60dB。此测量系统曾在室温下测量了大量的成对谐振器,发现1/f 频率噪声电平和 Q 值之间的相互关系遵循1/Q~4规律。为了将谐振器频率起伏的测量扩展到极低温,研究了一种能测不同谐振器对的新测量系统。因此,在4K 和1K 温度下测得了1/f 频率噪声,并观察到随着 Q 值的增加而噪声大大减小。现在有一种理论能解释1/Q~4规律。这就是根据声波衰减和速度变化引起的三声子相互作用过程来解释。声波衰减和速度变化这两种现象均可用热声子的张弛时间来加以说明。     

石英晶体测温仪

本文阐述能进行高精度、数字化、自动化温差测量,以石英晶体谐振器作为感温元件的石英晶体测温仪的工作原理、线路设计、调整等方面的内容。样品鉴定结果表明了本仪器设计思想的可行性,并显示了提高性能的可能途径和潜力。     

AT+SC切石英晶体谐振器热滞的自动测量方法和结果

本文的目的是要说明传统的HC—27/U玻璃壳封装的精密石英晶体谐振器温度补偿的极限。为了对限制补偿精度的谐振器的热滞(返回)进行测量,建立了计算机控制的滞后测量台,该测量台曾用来测量由3个德国厂家制造的多种晶体。与AT切晶体相比较,SC切晶体没有显示出实际优点。用数字温度补偿石英晶体振荡器可获得的频率稳定度,单仅晶体谐振器的热滞一项,就限制在△f/f=±1×10~(-7)左右。如果把用做补偿的温度传感器的不精确度和数字化的分辨误差加在一起,则对于连续生产而废品率不高的情况可以把可达到的频率稳定度假定为△f/f=±2×10~(-7)。这个数值实际上与工作温度范围无关。     

反应式离子刻蚀调节对石英声表面波谐振器电特性和温度特性的影响

近几年来,声表面波谐振器已经发展到在甚高频和超高频振荡器电路中使用的程度。与使用倍频电路的低频体波晶体相反,使振荡器工作在末级频率上的优点是众所周知的。如果要求用商用频率源复盖整个频带,就需要许多掩模,(因为一个掩模生产一个单一频率的谐振器)或一个有效的调节程序。为了减少所要求的掩模数,这个调节程序必须调节范围宽,对器件的其他特性影响小。对石英的反应式或离子刻蚀满足了这些原则。据文献报道,这种技术可以用来以隐埋的或者表面的换能器和以开槽反射器调节谐振器。我们的这些器件,是用镀铝表面换能器和反射器制成的。用CF_4和O_2等离子在平面反应器上刻蚀,结果在石英中刻蚀出了沟槽,并且对起掩模作用的铝模的影响极小。这些沟槽导致换能器和反射器组合中表面波速度较低,从而使频率向下偏移。以这样的速度同时产生的偏移可以用来在器件性能下降过大之前提供很大的调节范围。这样刻蚀可以影响器件的电特性和转折点温度。本文就甚高频频段的谐振器,研究这两种特性对器件的影响。还介绍了工作在194MHz上的谐振器的数据。     

96MHz耐振石英谐振器的研制

为了使在高速飞行器上所用石英谐振器具有能承受高强度振动和冲击的能力,把石英谐振器常用的磷铜丝支架改为特殊形状的镍片支架,研制出了96MHz 高频石英谐振器。给出了设计、制作方法和在正弦机械振动频率为10～2000Hz 扫描振动下的静态实验测试数据.测试数据表明,经过3小时以上的振动,这种高频石英谐振器承受住了300m/s~2的振动加速度.还简要地叙述了锁相环路中所用高频石英谐振器对振动加速度的要求.     

机械振动频率对石英谐振器的影响

本文对AT切型基频25MHz石英谐振器在机械正弦振动频率50—2000Hz条件下的频率特性进行了初步的研究。通过实验,找到了改善石英谐振器振动特性的途径,并确定了一种适用于工程需要的定义、表征和测量方法。同时还对几种减震措施的效果进行了试验,并给出了有价值的实验结果。     

石英晶体和石英谐振器的非线性特性述评

石英晶体的非线性特性几乎是使谐振器和振荡器产生频率不稳定的总根源。虽然固有的和感应的非线性具有相同的量级,但还是有可能将两者加以区别。非线性引起两种不同的现象:一个有限幅度的波在非线性介质中的传播,或一个小幅度的波在非线性应变介质中的传播。谐波产生、幅频效应、相互调制是与第一类型有关的现象。它们取决于晶体的各向异性和几何形状,也取决于波的结构。对外部或内部扰动的灵敏性,是高频波和由扰动感应产生的准静态变形之间非线性耦合的结果。对温度、力、压力、加速度和电场的灵敏性都在进行研究,以便能应用于高稳定振荡器和传感器。描述晶体振荡的另一种方法是应用点阵波和声子的概念。这样一个微观模型,使我们能够借助于晶体非谐性引起的声子相互作用(有限的导热性、热膨胀、声衰减、速度变化等)进行单一的描述。     

甚高频石英晶体谐振器参数的自动测量

本文叙述了甚高频石英晶体谐振器全部参数的自动精密测量方法。对整个测量系统,包括数据处理用的小型计算机在内,都已作了布置,并对125兆赫和175兆赫石英晶体谐振器进行了测量。测量结果表明,该系统可以作为一种精密测量甚高频晶体谐振器全部参数的装置。