恒温晶振将高精度的晶体和振荡电路放置于恒温槽中。恒温槽保护晶体不受到外部温度变化的影响,从而避免石英晶体频偏,达到稳定的频率输出。OCXO的石英晶片主要采用SC切割(也叫应力补偿切割)。
一、为什么使用SC切割?
SC切切割角度是基于x,y,z基础坐标的双旋转如左图所示。双旋转的切角分别为21.93°(横坐标) 和 34.11°(纵坐标)如图所示。
1. 开机特性好
通电后可快速达到稳定的工作频率,因为SC切对热变化和物理应力有低敏感度。
2. 振幅效应小
SC切的振幅效应大约是AT切割的一半,SC切晶振的激励功率可以大一倍,且不增加老化。
3. 低老化率
SC切晶片低应力,由应力弛豫造成的老化率很小。
4. 短期稳定性好
高激励功率可以降低白噪声, 从而降低了远端相噪, 可达-170dBc/Hz.
SC切的应力和热冲击低敏感的特性实现了低近端相噪, 可达-120 ~ -140dBc/Hz@10Hz。
二、长期和短期频率稳定度的含义?
1.长期频率稳定度
频率随着时间的定向漂移,也称为老化aging。老化在学术界被认为是‘质量迁移’和‘应力驰豫’这两个原因产生的。
1.1质量迁移
在生产过程中,无论做任何清洁处理,晶片表面会残留一些污染物。当晶振加电振荡时,残留在晶片上的物质会因振荡而抖下来,导致振荡频率不断升高。这是由质量迁移引起的正向老化。
1.2应力驰豫
石英片在切割,研磨,抛光等过程中会出现应力。电极,外壳等也会产生应力。应力随着材料的疲劳而消失,导致谐振器振荡频率逐渐降低,而产生负向老化。SC切割(应力补偿切割)的晶片具有较好的特性可以改善这一问题。
晶振厂家根据不同产品属性来设置不同的老化温度和时间。对晶片进行加速老化,使得晶片趋近于稳定精度来提高产品的稳定性。
2.短期频率稳定度
晶振的短期频率稳定度由噪声Noise引起导致的频率不稳定。从频域来看,对应的参数是相位噪声Phase Noise;从时域来看,对应的参数是抖动Jitter。时间和频域之间的关系互为倒数Time=1/Frequency。