Имеем обыкновенный генератор на инверторе, по схеме Пирса.
Картинка во вложении.
Генераторы вместе с кварцевыми резонаторами помещаем в термостат при 60-70 градусов с высокой стабильностью температуры (~0.05 °С).
Выдерживаем 3 часа для установления теплового равновесия.
Начинаем измерять частоту с течением времени.
Имеем такую картину по изделиям. (вложение 2)
Или такую. (вложение 3)

Вопрос - как оценить влияние схемы генератора на долговременную стабильность частоты кварцевого резонатора?
Цель - отделить резонаторы с долговременной стабильностью хуже требуемой.

Несколько вопросов к ТС-у:
1. Семейство графиков было получено одновременным помещением генераторов в один термостат или по очереди?
2. Как реализован узел питания генераторов - стабилизатор тоже в термостате?. Проверялось-ли влияние изменения напряжения питания на уход частоты?
3. Что после резитора R1? Есть-ли дополнительная развязка генератора и частотомера?

Я бы еще параллельно ставил опыт с высококачественным резонатором.

Как боритесь с паразитной ёмкостью между дном резонатора и печатной платой под ним?
Под резонатором есть земляной полигон в каком либо слое платы, через сколько мм?
Как соеденины земли конденсаторов с землёй микросхемы?
Конденсаторы NP0?
У каждого генератора своя плата?
Как моете после сборки и сушите?

Возможно выше перечисленное не влияет именно на долговременною стабильность, а только на другие параметры генератора.

PS: Не очень понятно ради чего берётся кристалл 1х0.8х0.03мм, затем рядом ставятся 2 резистора и 2 конденсатора. Даже если отбросить габариты микросхемы, то габариты обвеса будут больше чем мюратовские резонаторы со встроенными конденсаторами.
Или вы просто эти резонаторы производите, а то что для его работы нужен "вагон" обвеса - вас мало интересует?

Для генераторов вопросов нет, там метод измерения один. Нужно мерять резонатор.
Тот метод, про который вы говорите описан в МЭК-444 и достаточно требователен к измерительному тракту, притом итоговая погрешность измерения частоты зачастую не лучше 1ppm.


Семейство графиков получалось одновременно в одном термостате.
Влияние напряжения питания проверялось, ЕМНИП 10ppm/V. Использован точный лабораторный БП Agilent с полной погрешностью 10mv, в пределах одного эксперимента дрейф на порядок меньше. Подключение к измерительной плате по четырехточечной схеме. На плате питание подается выделенными слоями земли и питания. (С плавающим БП проходили уже, картинки куда забавнее выглядят).
После резистора немного 50 Ом дорожки и развязывающий буфер. (Вложение 2)
Затем много 50 Ом дорожки и логический вход частотомера.

Более точный резонатор пробовали, получаются более точные картинки. Но это не дает почти никакой информации о погрешности метода.



Такой малый кристалл берется для того чтобы запихнуть его в корпус SMD 5x3.2мм. Или 2х2.5мм. Это и есть тестируемая продукция.

Чисто физически техологический генератор выглядит вот так (вложение 1).
На плате под контактной панелью собрана схема из первого сообщения. Конденсаторы конечно np0. Все это устанавливается в несущую плату, которая подводит питание и забирает выходные сигналы.
Верно, резонаторы производим. Тот обвес который будут ставить потом не интересует, нужно замерить параметры и выдать только годные изделия.

А Вы уверены, что изменение частоты кв. резонатора во времени на начальном участке жизненного цикла несет в себе информацию о поведении кристалла в дальнейшем (пускай даже в оговоренных диапазонах механических нагрузок и климатических условий)? Первые часов 200 вообще нельзя полагаться, что компонент переживет их. Может имеет смысл пытать технологов с целью узнать всю причино-следственню цепочку приводящую к повышенной скорости старения кристалла? И отсюда пытаться разработать метод контроля.

А еще мне кажется, что в этой схеме мощность рассеивания на несколько порядков больше предельно допустимой.
Схему же никто не считал. И эквивалентных параметров кварца похоже не знают.

На надо пытаться решать технологическую задачу.
Мне кажется я много лишней информации рассказал.
Меня интересует метрологическая задача. Для этого достаточно информации из первого сообщения.

Есть объект (кварцевый резонатор), у него есть целевой параметр (резонансная частота), есть измерительный преобразователь (кварцевый генератор), есть выходной параметр (частота на выходе генератора).
Нужно установить метрологические характеристики кварцевого генератора как измерительного преобразователя.

Не нужно привязываться к конкретному резонатору или конкретным измерениям. Не обязательно даже привязываться к конкретной схеме (из 1 сообщения). Если вы можете сказать, что другая схема имеет лучшие метрологические характеристики, то будем рассматривать ее, а эту отложим.

Еще раз задача - метрологические характеристики кварцевого генератора как измерительного преобразователя.

По-моему, вы просто уже над всеми издеваетесь.
Почитайте Альтшуллера наконец, чтобы на глупые вопросы не получать аналогичные ответы.
http://www.zipsites.ru/prikladnye_nauki/ot...vye_generatory/

Я бы попробовал заменить активный элемент. На LVCU - unbuffered.
Подавляющее большинство раскуроченных современных термостатов собрано на NC7WZU04. Один каскад лучше трех. Ибо в Пирсе в основе таки фазовращатель. Ну и кварц должен иметь правильную кривую частота-температура. Если он отнормирован для работы в НУ, то нагревом Вы его можете загонять в область более сильной температурной зависимости.

Например, светло-зелененькая кривая.

Вообще-то на серии LVC нельзя так собирать квазианалоговые (ОС через резистор) схемы, мы как-то наехали.

В серии HC верхний и нижний выходные МОП транзисторы слегка приоткрыты и нормально поддерживают аналоговое напряжение.

А вот в серии LVC открыт либо только верхний либо только нижний и поддержать заданный уровень напряжения часто невозможно. Для борьбы с этим нужно подтянуть выход к земле или питанию через резистор, но при этом выходные сопротивления в некоторых точках резко возрастут.

Прочитал Альтшуллера. Вот выдержки, где говорится об отклонении частоты генератора от частоты резонатора. (Вложение 1, 2, 3).
Как я понял по сути все сводится к нагрузочным емкостям C1 и С2, которые суммируются с паразитными емкостями активного элемента.
Немного смущает первая формула, где составляющих куда больше.

Нашел подробный анализ генератора по схеме Пирса (с 1 сообщения). Вложения 4,5,6,7.

Там все сводится к тем же самым емкостям С1 и С2. Есть анализ влияния резистора.

Как я понял, мне нужно переключить внимание именно на паразитные емкости активного элемента. Т.е. на на физику их изменения.
Посмотрите, пожалуйста, приложенную документацию и подтвердите правильность вывода.

В итоге хотелось бы получить заключение типа такого:

т.е. оценить влияние схемы.


Во вложении 7 есть данные по уровню возбуждения данного генератора. При резисторе 330 Ом выходит порядка 10-20 мкВт.
Я сколько не пытался, так и не смог измерить реальный уровень возбуждения - нужно делать нормальный активный токовый пробник..

Интересно проанализировать генератор не только для измерения долговременной стабильности, но и для измерения ТЧХ. Во вложении 8 снятая мной картинка ТЧХ.


Во вложении 9 документация на микросхему.
Она содержит именно небуферизованный инвертор для части, связанной с кварцевым генератором. Как я понимаю он может работать в линейном режиме. Поправьте, пожалуйста, если я неправильно понял.

Где почитать про структуру этого небуферизованного инвертора?
Где почитать про паразитные емкости? Про их физику?

Вынужден прерваться на неделю, в связи с командировкой...

Я никакой специалист. Никакой не специалист по кварцевым резонаторам-генераторам.
Но скажу. Если Вы используете одну и ту же электронику, то можно из этих двух картинок прийти к выводу, что нестабильность электроники лучше, чем собственно резонатора. Иначе все бы дрейфовало в одну сторону, как на одной из картинок. Если бы была только она, то такой вывод был бы неправильным. Если электроника разная, то... Автор должен знать, чем отличаются картинки (партии).

http://www.onsemi.ru.com/pub_link/Collateral/AND8141-D.PDF
http://www.ti.com/lit/an/szza043/szza043.pdf

Из реалий жизни.
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...t&p=1232815
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...t&p=1233553
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...t&p=1230569 и соответственно http://electronix.ru/forum/index.php?showt...t&p=1231133
Везде одногейтовая небуфферезированная логика.
В свое время когда Укрпьезо перестали нормально держать с достаточной точностью угол среза, как раз как на картинке 5 гармошка 91МГц, генераторы на их кварцах пошли кто в лес, кто по дрова. Даже в разные стороны при прогреве.

Сообщение отредактировал ledum - Mar 8 2015, 21:49

"одногейтовость" -это, ессно, важно. Но я говорил о другом. Это описано в приведенной ссылке (http://www.ti.com/lit/an/szza043/szza043.pdf) на странице 9,
рисунок "ICC vs VI Characteristics of LVC1GU04". В нем есть явные ошибки (ток потребления при нулевом входном напряжении много более штатного
- 10uA Max ICC), но не суть.

Этот эффект очень хорошо виден, если выход подключить через резистор порядка 1 ком к середине питания. Если поднимать входное напряжение от нуля, то на выходе
сначала будет 1, затем плавный переход к середине питания, а вот потом, напряжение на выходе перестанет менятся на каком-то интервале входного
напряжения, и, только потом, оно пойдет к нулю. Это обусловлено тем, что верхний транзистор уже закрылся, а нижний еще не начал открываться.
Т.е. в серединв выходного диапазона выходное сопротивление резко возрастает, а коэффициент усиления падает.

Это легко отслеживается по току потребления микросхемы - при среднем входном напряжении он должен расти до единиц мА (без нагрузки).
Если это так - все в порядке, есть зона, когда оба транзистора открыты. Но в серии LVC( в отличие от HC) - это не так. Возможно, что в специализированной
использованной микросхеме (LVC1GU04) это как-то устранено, но стоит проверить.

Это эффект неприятен тем, что коэффициент усиления нагруженной микросхемы и ее выходное сопротивления зависит от входного сигнала, а величина
этой зависимости, в свою очередь, зависит от температуры, что может приводить к снижению стабильности генератора.

Если нужна высокая стабильность - не стоит использовать логические микросхемы.

Я несколько неправильно выразился. Правильнее сказать малогейтовая - Little Logic у Тексасов, TinyLogic у Фаирчаилдов, у Моторолы и NXP тоже есть подобные семейства. Они отличаются от прототипов семейств типа LVC напряжением питания до 5В. Но вот небуферезированные вообще другие. У них прямо в даташите написано, что предназначены для аналоговых устройств и генераторов. Да и схемы применения в даташитах http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74LVC1GU04.pdf , например рис 12 и 13 говорят, что разработчики эти микросхемы больше рассматривают как аналоговые узлы. Ну и в том же Пирсе. Три инвертирующих усилителя с кручением фазы на 540 плюс минус лапоть в стандартном инверторе, или небуфф. с кручением фазы реально 150-170 градусов на частотах выше 10МГц. Потом цепочка ФВ на выходном сопротивлении инвертора и правой емкостью Пирса, далее 2-й ФВ - кварц на индуктивном участке между последовательным и резонансом с учетом паразитной параллельной емкости в кварце (то, что в народе называется областью параллельного резонанса) с левой емкостью Пирса+входная емкость лог. ячейки и монтаж докручивает фазу до суммарных 360 градусов, обеспечивая условие генерации. Конечно, один каскад инвертора выглядит термостабильнее трех. Когда усиления хватает.

Да, возможно (хотя я в этом сильно не уверен) эти детали оптимизированы под работу в аналоговом режиме. Но, все равно, стоит измерить зависимость выхода от входа при нагруженном на середину питания выходе. Меньше будет иллюзий.

У нас как-то стояла задача сделать максимально высокостабильный кварцевый генератор (заказчик хотел кратковременные 10^-12!!!) и мы довольно долго делали разные схемы и смотрели их стабильности. Наилучшим оказался вариант с честным и стабильным аналоговым усилителем. Правда давно это было, таких деталей тогда не было.