Добрый день,
давно меня мучает вопрос...

Все мы знаем, что Q-factor у кристалла - десятки тысяч, а у LC цепочки - максимум 300-500, и говорят из-за этого частота колебаний не может быть стабильна.
С другой стороны, если LC цепочка колеблется сама по себе - я не вижу, почему у неё должна случайным образом частота колебаний меняться...

В связи с этим вопрос - делают ли вообще на LC цепочках высокостабильные генераторы? (с кратко/долговременной стабильностью на уровне и лучше кварца - 20ppm и менее)
Какие там есть способы улучшения стабильности, кроме очевидных (конденсатор с минимальными потерями, воздушная катушка из литцендрата, стабильная температура +-0.01С и напряжение +-0.001V...)?
Может ли помочь использование нескольких LC цепочек, чтобы получить больше комбинированный Q-factor?

Вас неправильно проинформировали. Стабильность генератора зависит от стабильности физических параметров частотозадающего звена. А не от добротности. Добротность же звена для автогенератора - это по сути ширина полосы частот(ничто не идеально) где выполняется баланс фаз(условие самовозбуждения) и чем она ниже - тем полоса шире, следовательно дальше гуляет частота автогенерации. Но для LC схем это на порядок(а то и порядки) меньшая величина чем нестабильность L и C.

Высокая добротность кварцевых резонаторов следствие малых потерь на рассеивание в пьезокристалле - энергия циркулирует но не рассеивается... Но добротность контура != (<=) Q системы - кварц легко закоротить низкоомным резистором (в том числе и сопротивлением p-n перехода) - потому далеко не все схемы используют эту особенность кварцев.

Почему тогда LC генераторы не используют широко для задающих генераторов?
У них ведь по идее не должно быть проблемы старения, как у кварцев...

Есть ли другие подходы к построению высокостабильных генераторов (без кварцей, без SAW, без MEMS)?

Да, проблемы старения там практически нет, но есть проблема массового производства с заданным разбросом параметров... Сравните их на LC компоненты и кварцы...


Длинные линии обладают сравнимыми параметрами(и Q кстати тоже) - это не обязательно коаксиал, можно 2-х проводные - если сделать печатными то для сотен мегагерц размеры будут не особо велики, но не для десятков мегагерц.

P.S.: Чтобы быть уж совсем точным - можно и на LC схемах сделать очень стабильный и маленький генератор - нужно просто разработать LC схему (в том числе полностью интегральную - полупроводниковые C и гиратор) и схему термокомпенсации к ней(а к ней ее схему термокомпенсации т.д. ). Но это незаурядная работа для небольшого коллектива физиков - видимо себестоимость себя не оправдывает.

Поскольку современные дешевые кварцы делают из синтезированного кварца (быстро выращенного) то проблема старения у них существует. В пределах 2-4ppm за год, многих это устраивает. Однако если возмете дешевые передатчики, с этими кварцами, выпущенные 10-20 лет назад то эта проблема, поскольку у всех уход частоты значительный.

Почему это ...LC цепочки - максимум 300-500. Может быть и более 1000, (но катушке Q кварца не достичь), технологические трудности не позволяют массово выпускать такие катушки, контура, получаются дороже кварцевых. LC генераторы используют широко для задающих генераторов, просто вы не знаете этого.

На LC цепочках высокостабильные генераторы делали ранее, вспомните катушки возженные в керамику. На сегодня это не технологично.
Да и другие параметры генератора востребованы на сегодня. Поскольку точность и стабильность можно обеспечить за счет ситнезаторов.
А вот получить низкий уровень фазовых шумов на сегодня задача более актуальная, поскольку стандарты эми это требуют.

Уход от катушек в генераторах на сегодня возможен полностью, например ознакомтесь с микросхемой LTC6946, параметры впечатляют.
Но без внешней кварцованной частоты не обойтись.

Я правильно понимаю, что частота собственных свободных колебаний (т.е. зарядили один раз и отпустили, пока не затухнет) получается стабильнее, чем частота автогенерации (когда "накачка" может качать чуть-чуть другую частоту)?

неверно, поскольку энергия рассеивается (затухает) в контуре и изменяется тепловой режим. Возмите и рассмотрите кварцевый генератор. Чтобы ему " выбежать на нужную стабильность по частоте требуется определенный период времени, несколько милисекунд и более. А термостатированные генераторы с более высокими параметрами стабильности еще более требуют времени "выбега".

Q-factor доходит и до миллиона на оптимальных частотах ( 4МГц? ) у LC цепочки типично сотни. Вожженое серебро на керамике
термокомпенсированные конденсаторы дык божеш мой Р105, Северок это все станции без кварцев. Шикарно жили немцы, американцы. У них была кварцованная аппаратура. Р126 вплоть до 70х обходились без кварцев. Здесь торгуют всего 170$.
http://www.armyradio.com/arsc/customer/pro...?productid=1553
там был уникальный температурный диапазон под -80*С под конец коротился аккумулятор и так самообогревалась
Самолетная станция http://www.rkk-museum.ru/vitr_all/exhibits/128.shtml
А тут амеры пижены так и воевали с кварцевыми боксами времен высадки
http://www.armyradio.com/arsc/customer/pro...=108&page=1
http://www.armyradio.com/arsc/customer/pro...=108&page=1
Еще http://www.armyradio.com/arsc/customer/pro...t=95&page=1

нет... не правильно... Может Вы скопировали не тот мой абзац? Я вообще не видел практических схем на основании собственных колебаний в резонаторе.(Не факт, что таких нет).
Обычно же это та или иная схема с осциллятором в ОС, передаточная функция которой сводится к определенному семейству дифуров (забыл как там они, а лезть в WiKi - нечестно) и решением для которых является гармоническая функция. У TI в примерах для DSP даже есть такой прикол - генерация синуса IIR фильтром. Но так, глядя на дифур сходу то и не поймешь какую рояль играет декремент затухания осциллятора в реальной схеме. Лучше воспользоваться "техникумовским" подходом - усилитель генерирует когда соблюдается баланс фаз(180 грд) и баланс амплитуд. Представьте теперь ФЧХ одиночного колебательного контура(простейшего гармонического осциллятора). Баланс фаз выполняется в одной абстрактной точке - если параллельный к.к. включен между электродами со сдвигом 180 грд - то нам нужна точка резонанса. На практике эта точка размазана влиянием внешних факторов(шумы, наводки, тепловые флуктуации). Чем выше добротность тем уже (график круче нарастает) частотный диапазон с одинаковым фазовым разбалансом. Потому автогенератор с менее "добротным"
осциллятором будет гулять в более широком частотном диапазоне.
Но еще раз - для простых практических схем на LC термонестабильность элементов играет на порядки более существенную роль чем низкая добротность колебательной системы...

Если же Вы о закорачивании кваца сопротивлением - то да...

В моём-то случае схема термостатированная, и я хочу добиться лучшей чем у кварца кратковременной и долговременной стабильности.
Насчет добротности и вопрос - поможет ли использование нескольких колебательных контуров (возможно с небольшой разбежкой частоты, чтобы получить максимальную "крутизну" пика) получить меньшее "гуляние" частоты?



Я вообще про такое не слышал :-)

О, у Вас рядом собственная гелиевая криостанция? Гляньте параметры эквивалентной схемы замещения. Это по добротности, а значит кратковременной нестабильности. В какой-то мере фазовый шум. Гляньте формулу Лисона (Leeson), например http://www.ieee.li/pdf/essay/phase_noise_basics.pdf на 7 стр. в красной рамочке внизу.
Индуктивность кварца и последовательное сопротивление. Попробуйте прикинуть на катушке то же. На сверпроводниковой катушке в криотермостате точно получится переплюнуть кварц. Одновременное подключение контуров уменьшает фазовый шум, но при одинаковых остальных условиях кварц не переиграют.
Если бы хоть чуть-чуть озвучили цель. Или это LC контур для MP3-плейера? Ух ты. BTW Зарлинковый вейкаповый приемник 2.45ГГц (основной канал там 402-405 или 433) из ZL70102 потребляет пару сотен наноампер в штатном режиме. Меньше любого микроконтроллера. Жалко, что достать тяжеловато, даже полный даташит. Колитесь что Вы задумали. Смайлик.

Сообщение отредактировал ledum - Mar 11 2012, 20:28

Если нужно получить реально высокую добротность от (некварцевой) колебательной системы, то хороший вариант - спиральные и/или коаксиальные резонаторы (с воздушным диэлектриком, серебрением стенок и штыря...), со слабой связью с внешним миром. Конечно, размеры там немаленькие, зависят от нужной добротности и частоты. Приемлемые размеры и вес возможны на частотах выше нескольких сотен мегагерц, но все равно будет громоздко.

В ранне-советские времена еще делали высокостабильные генераторы на камертонных резонаторах...

Метра полтора длинною и диаметром 0.2-0.3м. Хорошая добротность, пара тысяч.

С проектом плеера это (к счастью) никак не связано.
Нужно для точного времени в автономном режиме (когда нет доступа к ГЛОНАСС например или каким-либо другим сигналам точного времени).
Максимальную точность кварца я знаю (SC-cut, двойная печка...), и хочу большего.

Двойная печка / охлаждение до -15С элементами Пельтье - в ограничения по габаритам и потреблению влазит.
Жидкий гелий конечно нет :-)



Высокая (но стабильная) частота не проблема, даже 2.5Ггц можно поделить, и синтезировать ровно столько сколько нужно (10-25Мгц).

Тогда рубидиевый генератор, обычно 10Мгц, есть недорогие.
http://www.ebay.com/itm/FE-5680A-Rubidium-...634853038831480