Метрология кварцевого генератора, Какую погрешность частоты вносит схема генератора? Опции

[Reanimator++]

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.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Белый дед]

Генератор нормальный для начала нужно сделать вместо этой порнографии.

[Reanimator++]

Обоснуйте, пожалуйста.

[Белый дед]

Стабильность каких параметров резонатора вам нужно измерять?

[Reanimator++]

Интересует только резонансная частота кварцевого резонатора.

[Белый дед]

Резонанса последовательного, параллельного или какая-то еще частота?

[Reanimator++]

Ну, конечно последовательного.
Это резонаторы для тактовых генераторов. Нужно испытывать их на долговременную стабильность. Некачественные отбраковывать.

Нужно показать состоятельность либо несостоятельность метода измерения выходной частоты генератора для этой цели. Для этого нужно оценить погрешность, вносимую схемой генератора, при данном типе измерений.

[Белый дед]

Тогда вам нужно делать генератор, в котором кварц работает на частоте последовательного резонанса.
Это совершенно другая схема. И нужно двойное термостатирование.
У меня сейчас генераторы с двойным термостатированием сутки держат с точностью не хуже 0.01 ppm, и то это дрейф схемы, а не резонатора.
А у вас бред какой-то.


Сейчас подумал немного.
Похоже, изначально неправильно поставлена задача.
А на самом деле нужно:
1)выявлять резонаторы с пониженной добротностью
2)резонаторы с температурным коэффициентом, превышающим заданный
Дополнительно я бы наверное сделал тест надежности - непродолжительное 2-3 кратное превышение максимальной мощности в резонаторе.
Кстати чем вы частоту измеряете? В смысле эталоном что у вас?

Сообщение отредактировал Белый дед - Mar 5 2015, 23:34

[Reanimator++]

Насколько я знаю схема Пирса работает на частоте последовательного резонанса, плюс небольшая добавка, связанная с нагрузочной емкостью C1 || С2.

Задача поставлена правильно, на картинках довольно ширпотребные микроминиатюрные smd резонаторы у которых большие проблемы с долговременной стабильностью из-за малых размеров кристалла. Для нормальных резонаторов в стекле цифры совсем другие, ближе к вашим.

Вопрос темы как раз в том чтобы проанализировать работу схемы генератора, посчитать ее влияние на выходную частоту, оценить дрейф частоты, вызванный схемой и таким образом показать погрешность метода.

---
частоту измеряем счетным частотомером, эталон рубидиевый.

[Белый дед]

Кварц в этом генератора работает индуктивностью как и в трехточке.
Чтобы работал конкретно на последовательном резонансе, нужна совсем другая схема.
Интересно из-за чего у вас там такая хреновая стабильность?
Я так думаю, что если культура производства нормальная - то выявил дефектные и в сборку без всяких прогонов.
А если у вас с них грязь осыпается или отпечатки пальцев испаряются - то никакие советы не помогут.

Сообщение отредактировал Белый дед - Mar 5 2015, 23:51

[Reanimator++]

А мне не требуется чтобы выходная частота генератора была строго равна частоте последовательного резонанса.
Мне нужно измерять долговременную стабильность. Т.е. любое постоянное смещение приемлемо.
Насколько я знаю для схемы Пирса смещение определяется нагрузочной емкостью. Возможно еще чем-то, о чем я не знаю. Это вопрос темы.

Плохая стабильность связана с недостаточной отработанностью технологии производства помноженной на микроминиатюрность кристалла (что-то типа 1х0.8х0.03мм..).

[Белый дед]

Понятно. Похоже у вас дрейф связан с десорбцией всякой дряни с резонатора.
Плюс малая добротность.

[Reanimator++]

Осталось только доказать что на картинках действительно отображены процессы в резонаторе, а не дрейф генератора..

[КОРД]

Генератор нормальный для начала нужно сделать вместо этой порнографии.

Вот для чего сразу "махать шашкой наголо"?

Схема стандартная для :

Это резонаторы для тактовых генераторов.

И

А мне не требуется чтобы выходная частота генератора была строго равна частоте последовательного резонанса.
Мне нужно измерять долговременную стабильность

И очень правильно поставлен вопрос для этих схем.
О чем давно спрашиваю многих разработчиков ЦОС на базе микроконтроллеров.
Которые иногда реализуют фильтры 14-ого порядка ( и этим гордятся)...
А на вопрос - "как у Вас стабильность кварца и точность установки его частоты?" "да еще по температуре?" - ответить ничего не могут.

С одной стороны многие могут сказать - для таких задач применяйте внешний опорный генератор.
Но достаточно часто это экономически не выгодно.

И всё таки как определить влияние схемы?
Ответить сразу довольно затруднительно.
Можно попробовать отобрать лучший резонатор, а потом у него менять окружающие элементы ....и посмотреть изменение зависимости...

[Белый дед]

Вам нужно определиться.
Если нужно измерять параметры резонатора - делайте другой генератор.
Но если делаете тактовые генераторы - логично измерять дрейф генератора вместе с резонатором.
Вообще говоря, частоту последовательного резонанса можно измерять обычным осциллографом и хорошим сигнал-генератором, без всяких активных элементов.

Сообщение отредактировал Белый дед - Mar 6 2015, 07:50

[Owl_]

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.

[_4afc_]

Плохая стабильность связана с недостаточной отработанностью технологии производства помноженной на микроминиатюрность кристалла (что-то типа 1х0.8х0.03мм..).

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?

[Reanimator++]

Вам нужно определиться.
Если нужно измерять параметры резонатора - делайте другой генератор.
Но если делаете тактовые генераторы - логично измерять дрейф генератора вместе с резонатором.
Вообще говоря, частоту последовательного резонанса можно измерять обычным осциллографом и хорошим сигнал-генератором, без всяких активных элементов.

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.

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.

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.

Конденсаторы NP0?
У каждого генератора своя плата?

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?

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.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Owl_]

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

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.

[Белый дед]

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.

[Reanimator++]

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.

[Белый дед]

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/

[ledum]

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.

[rudy_b]

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.

[Reanimator++]

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:

У меня сейчас генераторы с двойным термостатированием сутки держат с точностью не хуже 0.01 ppm, и то это дрейф схемы, а не резонатора.

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...

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 tn30.pdf ( 281.28 килобайт ) Кол-во скачиваний: 35
 tn31.pdf ( 276.92 килобайт ) Кол-во скачиваний: 57
 tn33.pdf ( 221.73 килобайт ) Кол-во скачиваний: 98
 IC_CRYSTAL_OSCILLATOR_CIRCUITS.pdf ( 82.2 килобайт ) Кол-во скачиваний: 146
 sn74lvc1gx04.pdf ( 776.95 килобайт ) Кол-во скачиваний: 33

 

[Tanya]

Имеем такую картину по изделиям. (вложение 2)
Или такую. (вложение 3)

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).

[ledum]

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

[rudy_b]

...
Везде одногейтовая небуфферезированная логика.
...

"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.

[ledum]

"одногейтовость" -это, ессно, важно.

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.

[rudy_b]

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.

[VNS]

...Как моете после сборки и сушите?

Из практики. Отмыть плату от химикатов сложно. Мыть нужно в ванне с ультразвуком. Сушить в вакууме при максимально возможной температуре. После сборки обязательно покрывать кремнийорганическим лаком горячего отверждения.
Эксперименты проводить в боксе с двойными непрозрачными стенками и стабильной температуре.
Генератор на туннельном диоде.

Сообщение отредактировал VNS - Mar 16 2015, 14:02

[vhk]

Генератор на туннельном диоде.

Почему в качестве активного элемента ТД?

[VNS]

Почему в качестве активного элемента ТД?

Сочетание характеристик ТД позволяет собрать схему с минимальным количеством навесных элементов.

[vhk]

Фазовые шум генераторов на ТД много больше, чем у транзисторной трёхточки. Если активный элемент инвертор (микросхема типа nc7wzu04) то навесных элементов меньше.

[VNS]

Фазовые шум генераторов на ТД много больше, чем у транзисторной трёхточки. Если активный элемент инвертор (микросхема типа nc7wzu04) то навесных элементов меньше.

По части фазовых шумов схемы генераторов не проверял. Предполагаю, что так назывемый фазовый шум определяется не только ТД, но и конструкцией резонатора, элементами согласования, внешними помехами электромагнитного поля и т.д. При увеличении добротности резонатора и уменьшении коэффициента включения его в контур влияние ТД на названный уровень фазовых шумов будет уменьшаться.

[vhk]

По части фазовых шумов схемы генераторов не проверял.

Проверьте если есть возможность.
Схемы на ТД, что нашел в "Инете", элементов больше чем в транзисторной емкостной трёхточке.
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1177188807
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1177237100

[VNS]

Проверьте если есть возможность.
Схемы на ТД, что нашел в "Инете", элементов больше чем в транзисторной емкостной трёхточке.

Проверять нет возможности. Но по способу включения ТД и кв. резонатора (КР) есть замечания. Например, резистор R=68 Ом шунтирует резонатор. Применяется последовательный колебательный контур с последовательно включенными ТД и КГ, что тоже некорректно в смысле разного значения эквивалентного резонансного сопротивления КГ и сравнительно малого проходного сопротивления ТД.

[vhk]

Проверять нет возможности.

Программный анализатор спектра, смеситель для "переноса" частот генератора на НЧ. По спектру увидите фазовые шумы.

Но по способу включения ТД и кв. резонатора (КР) есть замечания.

Если можно, Ваш вариант схемы кварцевого генератора на ТД. На картинке схема генератора "Нарцис" на ТД, 5 МГц.

[VNS]

Программный анализатор спектра, смеситель для "переноса" частот генератора на НЧ. По спектру увидите фазовые шумы.
Если можно, Ваш вариант схемы кварцевого генератора на ТД. На картинке схема генератора "Нарцис" на ТД, 5 МГц.

Увидеть фазовые шумы можно, но как можно проверить долю названного шума, который вызван самим ТД? Предыдущие схемы в Ваших сообщениях были оптимальными с точки зрения минимизации фазового шума? Вероятно, такая задача перед разработчиками не ставилась...
Схема генератора "Нарцис" тоже, вероятно, неоптимальна в смысле схемотехники. Например, нет смысла соединять с общей шиной цепь КR и L2.
Мои схемы и рассуждения взяты из "Радиопередающие устройства на полупроводниковых устройствах. Проектирование и расчёт. Советское радио. 1973 г.", стр.245, например.
P.S. В книге даны базовые схемы генераторов без привязки к конкретному типу кварцевых резонаторов. Поэтому к каждому заданному типу КГ базовая схема генератора должна быть модифицирована соответствующим образом.

Сообщение отредактировал VNS - Mar 18 2015, 04:38

[rloc]

Каким удивительным образом развивается тема! Сколько вариантов схем! Но давайте подумаем, автор говорил о размерах кварцевого резонатора 1х0.8х0.03мм3 частота 18 МГц, велика ли добротность такого кристалла? Я даже не уверен, что это именно AT-срез, точнее в контексте объемных волн. А если добротность не очень высокая, будет ли фликкер-шум активного элемента вносить существенный вклад в общую картину? Есть формула Лисона, устанавливающая однозначную связь между фликкером активного элемента, добротностью и фазовым шумом, а значит и частотной стабильностью. Что-то мне подсказывает, что только при больших отстройках будет разница (подразумевается отсутствие грубых нарушений условий генерации), но так ли она важна для оценки частотной стабильности? Потом, на досуге, обязательно проверю.

Отдельно вопрос автору: не сомневаетесь, что достоверно измеряете частоту? Скорость измерения частоты (интервал измерения, период усреднения оценки)? Намекаю на другую методику измерения, другого параметра, подумайте (поищите) какого. Дальше встанет вопрос: а нужен ли термостат, точнее "сумасшедшая" стабильность поддержания температуры?

[VNS]

...Сколько вариантов схем!
... о размерах кварцевого резонатора 1х0.8х0.03мм3 частота 18 МГц, велика ли добротность такого кристалла? Я даже не уверен, что это именно AT-срез, точнее в контексте объемных волн. А если добротность не очень высокая, будет ли фликкер-шум активного элемента вносить существенный вклад в общую картину?
... Есть формула Лисона, устанавливающая однозначную связь между фликкером активного элемента, добротностью и фазовым шумом, а значит и частотной стабильностью.
...нужен ли термостат, точнее "сумасшедшая" стабильность поддержания температуры?

Количество схем определяется отсутствием грамотно определённых технических требований к схемам КГ.
С уменьшением размеров уменьшается площадь конденсатора возбуждения кристалла и масса механического резонатора, что определяет предел возможного использования ёмкостной связи КР в цепи обратной связи генератора. Возможно, вариант с использованием магнитного поля для возбуждения колеблющихся масс резонатора будет одним из оптимальных вариантов схемы КГ.
Наличие формулы не означает соответствие математической модели КГ реальной физической конструкции. Вывод формулы сделан на основе каких-то допущений, о которых автор, возможно, не сообщает.
Термостат пригодится для проверки возможности работы КГ без термостата вообще в процессе разработки новой конструкции КР...
P.S. Предположительно, ТС определил на своих графиках нестабильность и разброс силы прижима проверяемых резонаторов в устройстве к контактам. Иногда ларчик открывается просто...

[rloc]

Малых по размерам кристаллов на частоты в районе 20 МГц с хорошей добротностью не встречал и к сожалению прямого подтверждения в литературе с ходу найти сложно. Факторов роста добротности с увеличением размера кристалла может быть много - это и более высокое соотношение диаметра к толщине (меньше процент отражения волн от боковых граней и держателей), и возможность создания более сложной геометрии (плоско-выпуклой и др. модификации), оптимизации ее с целью уменьшения потерь на паразитные моды, да и возможно просто работает принцип умножения добротности за счет представления большого кристалла, как совокупности маленьких. Но изменение эквивалентной емкости не считаю существенным фактором, влияющим на параметры резонатора, меняется эквивалентное характеристическое сопротивление, которое можно трансформировать цепями согласования в любое другое. С магнитными полями немного перебор, у кварца магнитная проницаемость равна 1. Формула Лисона лишь математически наиболее точно аппроксимирует форму фазовых шумов, а уменьшение влияния фликкера активного элемента на фазовые шумы с уменьшением добротности резонатора было известно давно и неоднократно подтверждено. Поэтому спор о выборе конкретной схемы генератора считаю здесь не совсем уместным, все будет зависеть от нагруженной добротности или иначе коэффициента связи, о выборе и оптимизации которого можно и нужно говорить. Речь о термостате была намеком на переход от абсолютных измерений к относительным, кстати очень интересная тема для обсуждений, есть все основания для исключения температурных зависимостей из результатов измерений.

[VNS]

...С магнитными полями немного перебор...

Если 1/2 частоты магнитного поля в феррите, например, совпадает с частотой механического резонанса, то получится аналог кварцевого резонатора.

Сообщение отредактировал VNS - Mar 19 2015, 06:04

[vhk]

Имеем обыкновенный генератор на инверторе, по схеме Пирса.
......
Вопрос - как оценить влияние схемы генератора на долговременную стабильность частоты кварцевого резонатора?

Может для оценки влияния изменить значения R и С.
Сделал опыт для сравнения. Кварц 20,5 МГц, инвертор NC7WZU04P.
В генераторе по вышеприведённой схеме изменил номиналы. Вместо резистора 1 М, резистор 3 кОм, ёмкости конденсаторов увеличены. Спектры ФШ на картинке.

[rloc]

Сделал опыт для сравнения.

Как Вы думаете, как можно оценить и померить коэффициент связи?

[vhk]

Как Вы думаете, как можно оценить и померить коэффициент связи?

Может есть "готовая методика". Макет пока не разобран.

[rloc]

Возможно и есть, подробно не вникал, но хочется разобраться.

[st232bd]

Я не специалист в данной области, экспериментировал лет 20 назад. Просто взял генератор синуса и осциллограф и прописывал АЧХ кварцев на разных амплитудах. Пришел к выводу что потери в кварце носят нелинейный характер. Соответственно добротность с увеличением амплитуды резко падает.
Т.е. прецизионный генератор - скорее микромощный. Плюс АЧХ достаточна широка относительно его стабильности и из её длительного созерцания выплывают требования к стабильности фазовой задержки автогенератора, включая паразитные емкости и т.д. Т.е.. собрать на кварце с 20 ppm
генератор с 100 ppm вполне реально. ))) Типа кварц АЧХ держит, а генератор по ней ползает.

[rloc]

И так, начну с теории и определений, чтобы в итоге попытаться найти истину.

Постановка задачи: определить оптимальный коэффициент связи с кварцевым резонатором и согласование с активным элементом с целью разработки стенда для определения частотной стабильности резонатора на примере инвертора Little Logic SN74LVC1G04 фирмы TI.

За основу был взят кварцевый резонатор на частоту 20 МГц (основная гармоника) с характеристиками близкими к типичным:

Fs = 20 МГц - частота последовательного резонанса
Q0 = 100000 - ненагруженная добротность
R1 = 7.2 Ом - активное сопротивление (сопротивление потерь)
С1 = 0.011 пФ - эквивалентная емкость последовательной резонансной цепи
L1 = 5.76 мГн - эквивалентная индуктивность последовательной резонансной цепи
C0 = 2.5 пФ - параллельная емкость (емкость электродов и корпуса)

Если включать резонатор на проход, то коэффициент связи делится на две составляющие: коэффициент связи с источником и коэффициент связи с нагрузкой. По определению коэффициент связи - это отношение собственной добротности к внешней, или иначе - отношение отдаваемой (принимаемой) мощности к мощности собственных потерь, или иначе - отношению активного сопротивления источника (нагрузки), приведенного к резонансному контуру, к активному сопротивлению собственных потерь. Согласно этому, была нарисована схема, учитывающая влияние источника и нагрузки, с возможностью регулирования коэффициентов связи. Условно, сопротивления источника и нагрузки были взяты чисто активными и равными 50 Ом - это не противоречит общему случаю (случаю комплексных сопротивлений), поскольку промежуточными цепями согласования всегда можно привести к указанному виду на фиксированной частоте. Дополнительно, параллельно самому резонатору, была подключена индуктивность, компенсирующая емкость C0 на частоте 20 МГц.


На этой схеме:
K1 - коэффициент связи с источником
K2 - коэффициент связи с нагрузкой
K12 = K1/K2
Ks = K1 + K2 - общий коэффициент связи, равный сумме двух отдельных (фактически все активные сопротивления в контуре подключены последовательно и суммируются)
X1, X2 - трансформаторы, с коэффициентами передачи по напряжению N1, N2

Случай, когда общий коэффициент связи Ks = 1, называется критической связью. Если K12 = K1/K2 = 1, то в этом случае АЧХ выглядит следующим образом:


Потери получаются -6 дБ, а нагруженная добротность Qload = Q0*0.5

На следующем графике приведена зависимость параметра S21 (левая шкала, синяя кривая) и отношения Qload/Q0 (правая шкала, красная кривая) от общего коэффициента связи Ks


Видно, что с ростом коэффициента связи, нагруженная добротность уменьшается и растет параметр S21 (уменьшаются потери). Теоретически, если хватает усиления на компенсацию потерь и резонатор позволяет по мощности, коэффициент связи можно сделать меньше 1, уменьшая шумы и повышая частотную стабильность.

Чтобы понять, каким образом влияет соотношение коэффициентов связи при постоянном суммарном значении, был построен следующий график:

Эта зависимость показывает, что в достаточно широком диапазоне соотношение коэффициентов связей не влияет на потери.

Какие выводы можно сделать на основании вышеприведенных данных:
1) Общий коэффициент связи приближенно можно оценить по потерям, осциллографом или лучше спектроанализатором. Но сразу оговорюсь: обычным щупом не получится измерить, его емкость внесет ошибку, лучше подключать через резистивный делитель 10:1 и более, сделанный из сопротивлений типа 0603.
2) Для резонатора на 20 МГц (основная гармоника) эквивалентное активное сопротивление составляет около 7.2 Ом. Для коэффициента связи не более 1, суммарное вносимое сопротивление источником и нагрузкой не должно быть более этого значения, допустим по 3.6 Ом. Это достаточно малая величина и требует согласования, что многими игнорируется и получается вместо 20 ppm все 100 ppm. У автора скорее сопротивление несколько больше, возможно где-то 50-60 Ом, учитывая размеры кристалла, и задача несколько упрощается. Согласование (трансформация сопротивлений) важно еще и по другой причине - меньше суммарные потери (ниже шумы при дальних отстройках) и ниже требования к усилению активного элемента.

Не исключаю, что где-то допустил ошибки, поэтому жду поправок, дополнений и вопросов.

P.S. О сопротивлении Tiny/Little Logic поговорю несколько позже.

[rloc]

Продолжу. Нашел близкую к реальности модель SN74LVC1GU04 (1GX04 думаю аналогична), на ней и поэкспериментирую.

Исходные данные:
Напряжение питания - 5 В
Частота - 20 МГц

Коэффициент передачи по напряжению, на постоянном токе:

Коэффициент усиления близок к 30V/V, или 30дБ, при нагрузке 1к.

Входное сопротивление в зависимости от смещения по входу на частоте 20 МГц. Левая шкала - модуль полного сопротивления (синяя кривая) и активная составляющая (красная кривая), правая шкала - реактивная составляющая (коричневая кривая):

Как видно из графика входное сопротивление при напряжении смещения 2.38 В эквивалентно последовательно соединенным сопротивлению 90 Ом и конденсатору 17 пФ, подключенным между входом и землей. При сдвиге напряжения смещения, значения эквивалентной цепочки меняются где-то на 60 Ом и 10 пФ соответственно (по результатам замещения входа эквивалентной цепью).

Выходное сопротивление в зависимости от смещения по входу на частоте 20 МГц. Левая шкала - модуль полного сопротивления (синяя кривая) и активная составляющая (красная кривая), правая шкала - реактивная составляющая (коричневая кривая):

В режиме насыщения (можно сравнить с первым графиком) на частоте 20 МГц выходное сопротивление носит чисто активный характер и достаточно мало, где-то 10-30 Ом. В режиме усиления (напряжение смещения = 2.38 В), активная составляющая подрастает подрастает до 75 Ом.

При варьировании по частоте при разных напряжениях смещения по входу, характер импеданса по входу практически не меняется - все те же последовательно соединенные резистор с конденсатором.



На пульсирующий характер кривых не стоит обращать внимания - это погрешности вычисления симулятора.

При варьировании по частоте при разных напряжениях смещения по входу, характер импеданса по выходу меняется только в режиме усиления - с ростом частоты (ближе к 100 МГц) реактивная составляющая уходит в отрицательную область (уже сказывается емкостная составляющая).




Если найду, как правильно измерить зависимость усиления от частоты, приведу график.

Краткие выводы:
1) Емкостной характер входа, порядка 10-17 пФ, необходимо компенсировать (например индуктивностью), оставшуюся активную часть (100-200 Ом) необходимо трансформировать в достаточно низкое сопротивление, порядка 3.6 Ом для резонатора 20 МГц из предыдущего поста.
2) Сопротивление выхода большей частью, учитывая размах напряжения, носит чисто активный характер и составляет где-то 10-20 Ом. Согласование с резонатором несколько проще.
3) Входной и выходной импеданс сильно нелинейны, это особенно важно для входа, где размах амплитуды меньше. Нелинейный характер может сильно сказаться на фликкере, его высокой чувствительности от коэффициентов связи, если речь идет о резонаторах с высокими добротностями, что и наблюдается на практике у различных производителей (Magic Xtal, Crystek, Abracon).
4) Буферизованную логику (LVC1G04) приводить не стал, для генераторных целей использовать ее не рекомендую. Отличительными особенностями этой серии является: более высокое усиление (каскадов больше, но они не согласованы), более мощный выход с сопротивлением 5-10 Ом в режиме насыщения, но вместе с тем крайне изменчивым характером в режиме усиления, реактивная составляющая может меняться в широких пределах в зависимости от частоты и смещения по входу, значительно больше задержка распространения.

[VNS]

Замечания по схеме:
1. Параллельно кварцевому резонатору подключена индуктивность с Q=20. Собственная добротность резонатора Q=100000. Элемент с низкой добротностью на частоте резонанса шунтирует элемент с высокой добротностью.Проверте собственную частоту резонанса индуктивности. Если учитывать значения добротности, то все проблемы создаёт эта индуктивность, а не кварц.
2. Собственная резонансная частота катушки, с учётом ёмкости монтажа, должна быть равна частоте резонанса кварцевого резонатора.
3. Все рассуждения по схеме следует привязывать к эквивалентной принципиальной схеме, которая существует физически, но не показана совсем.
Это Ваша главная методическая ошибка.

Сообщение отредактировал VNS - Apr 2 2015, 04:04

[rloc]

Сразу хочу сказать, что я не работаю с автором темы и у меня не стоит вопрос как и чем померить частотную стабильность. Мое желание - направить в правильное русло методику разработки и дать понять над чем работать. Вижу предлагается много схем, идет сравнение по количеству элементов, а нужно ли это? Не вижу пока ответа на главный вопрос - как померить стабильность самого резонатора, а не его окружения, и можно ли вообще? Поэтому на основании своего опыта пытаюсь размышлять, решать вместе со всеми поставленный вопрос - это интересно для меня с профессиональной точки зрения, общения с людьми, занимающимися в этой области, обмена опытом.

1. Параллельно кварцевому резонатору подключена индуктивность с Q=20. Собственная добротность резонатора Q=100000. Элемент с низкой добротностью на частоте резонанса шунтирует элемент с высокой добротностью.Проверте собственную частоту резонанса индуктивности. Если учитывать значения добротности, то все проблемы создаёт эта индуктивность, а не кварц.
2. Собственная резонансная частота катушки, с учётом ёмкости монтажа, должна быть равна частоте резонанса кварцевого резонатора.

Да, индуктивность может влиять, хотя в данном случае не столь важно: эквивалентное сопротивление индуктивности примерно равно 160 Ом и существенно больше экв. сопрот. резонатора, 7.2 Ом, можно видеть по АЧХ. Согласен, 25 мкГн на частоте 20 МГц может иметь большую собственную емкость (низкую собственную частоту резонанса), но основным моментом здесь было - теоретически настроить последовательный резонанс на 20 МГц и убрать влияние близко расположенного параллельного резонанса на общую картину. Смотреть на влияние побочного резонанса нужно уже на практике, да и ставить параллельно индуктивность - это не единственный способ решения, в данном случае не оптимальный.

3. Все рассуждения по схеме следует привязывать к эквивалентной принципиальной схеме, которая существует физически, но не показана совсем.

К конкретной схеме привязываться не буду, раскладываю по полочкам на достаточно детальном уровне. Переход на уровень погонной индуктивности и емкости проводников ПП пропущу, чтобы не потерять основы.

Чуть позже вернусь, продолжу с согласования и далее к фазовым шумам и частотной стабильности, влиянию на них различных параметров.

[VNS]

Тогда вам нужно делать генератор, в котором кварц работает на частоте последовательного резонанса.
Это совершенно другая схема. И нужно двойное термостатирование.
У меня сейчас генераторы с двойным термостатированием сутки держат с точностью не хуже 0.01 ppm, и то это дрейф схемы, а не резонатора...

Есть решение проблемы и предлагать "новое" путём просмотра предлагаемых в Интернете схем заведомо обречена на забвение.
" ...эквивалентное сопротивление индуктивности примерно равно 160 Ом и существенно больше экв. сопрот. резонатора, 7.2 Ом..." - что-то в данном примере не соответствует реальной действительности.

Сообщение отредактировал VNS - Apr 2 2015, 22:43

[rloc]

что-то в данном примере не соответствует реальной действительности.

Резонатор взят реальный, измеренный производителем на дорогом оборудовании. 160 Ом - это много? Так могу последовательно с индуктивностью резистор включить, чтобы гарантированно не было влияния.

[Reanimator++]

Сразу хочу сказать, что я не работаю с автором темы и у меня не стоит вопрос как и чем померить частотную стабильность. Мое желание - направить в правильное русло методику разработки и дать понять над чем работать. Вижу предлагается много схем, идет сравнение по количеству элементов, а нужно ли это? Не вижу пока ответа на главный вопрос - как померить стабильность самого резонатора, а не его окружения, и можно ли вообще? Поэтому на основании своего опыта пытаюсь размышлять, решать вместе со всеми поставленный вопрос - это интересно для меня с профессиональной точки зрения, общения с людьми, занимающимися в этой области, обмена опытом.

Отдельно вопрос автору: не сомневаетесь, что достоверно измеряете частоту? Скорость измерения частоты (интервал измерения, период усреднения оценки)? Намекаю на другую методику измерения, другого параметра, подумайте (поищите) какого. Дальше встанет вопрос: а нужен ли термостат, точнее "сумасшедшая" стабильность поддержания температуры?

Хочу выразить вам признательность за столь активное и глубокое участие в вопросе!

Измерить стабильность самого резонатора, без окружения, возможно с помощью анализатора цепей в соответствии с МЭК-444 (детектируется переход фазы через 0 на резонансах). Однако, у серийных установок для таких измерений метрологическая точность составляет порядка 1ppm. Я встречал на IEEE статью (к сожалению, сейчас беглым поиском не смог найти ее), где была описана прецизионная установка для исследования долговременной стабильности с точностью порядка 1 ppb. (схема измерений строилась на лабораторных приборах, использовалось гетеродинирование (не меняет фазовых соотношений), умножение частоты (умножает разность фаз), фазовый компаратор).

Технический вопрос, решаемый мной заключался в следующем - можно ли простыми методами массово измерять долговременную нестабильность?
Экспериментально, с помощью анализа результатов измерений, удалось выяснить, что измеряя только выходную частоту генератора можно судить о долговременной нестабильности резонатора с точностью порядка 50 ppb. Но это лишь следствие анализа результатов и метрологического обоснования в нем нет. Нужен нормальный метрологический анализ.

Отвечая на остальные вопросы - да, частоту измеряем достоверно, с анализом доверительного интервала по серии измерений. Периоды измерения и т.п. выбраны верно, уже собаку съели на этом. Касательно стабильности термостата могу сказать что "сумасшедшая" не нужна, все зависит от крутизны ТЧХ резонатора в интересующей нас температурной точке. Если находиться рядом с точкой экстремума ТЧХ, то все просто. Если же ТЧХ крутая (1ppm/°C допустим), то требования к стабильности температуры резко возрастают.


Для поддержания темы приложу пару статеек с картинками с описанием механизмов старения в миниатюрных SMD резонаторах.

Прикрепленные файлы

 asiz2003.pdf ( 727.91 килобайт ) Кол-во скачиваний: 28
 yin2013.pdf ( 756.27 килобайт ) Кол-во скачиваний: 27

 

[rloc]

К сожалению пока не довел до логического конца. Основная идея была - показать, что для измерения долговременной нестабильности нужно сделать коэффициент связи с резонатором как можно меньше - в этом основное отличие от схем, когда пытаются достичь минимальных фазовых шумов. И есть специальные схемы включения резонатора, дающие возможность гибкого варьирования этого коэффициента. В этом случае окружающая схема перестает влиять и нет разницы, что было использовано в качестве активного элемента.
В начале темы я видел графики зависимости частоты от времени, но так и не услышал ответа, на каком временном интервале оценивалась частота? Другими словами, у частотомера должен быть некоторый период измерений, какой? Есть такой параметр - девиация Аллана, согласно которому при увеличении времени накопления погрешность измерения частоты сначала падает из-за влияния фазовых шумов, а потом может либо оставаться неизменной, либо начинать расти из-за старения. Измерение девиации Аллана я и хотел предложить. Есть методика измерения этого параметра, когда берется достаточно большое кол-во генераторов, они помещаются в термостат и измеряется девиация каждого генератора относительно всех остальных - т.е. измеряется не абсолютный, а относительный уход частоты и влияние температуры в какой-то мере компенсируется.

[Reanimator++]

Длительность измерения 1-10 сек. Частота заполнения ~200 МГц. Соответственно погрешность ~1-10 ppb. Девиация соответствует методической погрешности.
Можно конечно попробовать продолжить увеличивать время измерения и посмотреть какой будет итоговая девиация, но я не думаю что она сильно упадет ввиду влияния других факторов нестабильности (температура, напряжение питания, и т.д.)

[rudy_b]

Как - то странно выглядят ваши результаты. Какую модель SN74LVC1GU04 (1GX04) вы использовали?

[rloc]

Девиация соответствует методической погрешности.

Приведите пожалуйста график девиации.

Частота заполнения ~200 МГц.

Свой стенд для измерения? Напишите подробно алгоритм измерения от момента оцифровки до вычисления частоты.

Как - то странно выглядят ваши результаты. Какую модель SN74LVC1GU04 (1GX04) вы использовали?

Криптованная спайс модель TI. Давайте разберемся в чем странности?

[rudy_b]

Странности в общем поведении параметров.
А в чем вы моделировали и нет ли возможности посмотреть некриптованный текст модели?
Просто многие производители вместо реальных моделей выставляют упрощенные затычки. Хотелось бы понять, что именно заложено в модель - реальный аналог или цифровая упрощенка.

[rloc]

Странности в общем поведении параметров.
А в чем вы моделировали и нет ли возможности посмотреть некриптованный текст модели?
Просто многие производители вместо реальных моделей выставляют упрощенные затычки. Хотелось бы понять, что именно заложено в модель - реальный аналог или цифровая упрощенка.

Не вижу странностей, за исключением изрезанности, на которую не обращаю внимания. Среда моделирование - AWR, только по причине простоты работы и большого числа вариантов вычислительных ядер. Криптованный текст по всем признакам содержит полную модель: есть зависимость от уровней напряжения по входу/выходу, зависимость от напряжения питания, сильно отличаются по усилению буферизованная и небуферизованная логика, в буферизованной значительно ниже выходное сопротивление и больше задержка. Криптование как раз и было придумано, чтобы иметь возможность полнофункционального моделирования без посягательств на интеллектуальную собственность, других сейчас не дают.

[rudy_b]

Я уже писал об этот тут.
Но, похоже, не услышали. Попробую еще раз.
Вытащил честную (аналоговую) PSpice модель стандартного небуферированного инвертора серии LVC, немножко подчистил лишее
(убрал входную защиту и цепочку положительной ОС на выходе) и получилось вот что
 LVC_3.3v_Inp_OutputGrf.pdf ( 19.74 килобайт ) Кол-во скачиваний: 107

Использовал 2 инвертора. Один без нагрузки на выходе, другой нагружен через 150 ом на среднюю точку питания. Питание штатное - 3.3В.
На входы обоих инверторов подается линейно нарастающее напряжение. Сравнивая напряжения на выходах нагруженного и ненагруженного
инверторов несложно вычислить выходное сопротивление.
На нижнем графике - входное напряжение (Vinp) и выходные напряжения нагруженного (Vout_150 om) и ненагруженного (Vout_XX) инверторов.
На верхнем графике - рассчитаное выходное сопротивление инвертора.
Видно, что при приближении к средней точке (линейной зоне) выходное сопротивление растет и достигает 1.3 кОм. А на краях оно менее 100 Ом.

Это сильно не похоже на ваши данные. Я эту зависимость смотрел на реальных деталях, подробностей уже не помню, но очень похоже.
А у вас, судя по всему, на вход подаются импульсы с полным размахом и выходное сопротивление вычисляется как средняя температура по больнице.

[rloc]

Будьте аккуратны в своих высказываниях. При оценке входного и выходного сопротивлений мощность сигнала была -40дБм, и результаты получались близкими к моделям других производителей. AWR считает импеданс, как отношение комплексных напряжения и тока на определенной частоте. При всех измерениях, смещение на входе задавалось дискретно и через достаточно большую индуктивность. Питание - 5В.

[rloc]

Ранее приводил разбор схемы ГК известной фирмы. В качестве выходного буфера там использовалась небуферизованная логика, аналогичная LVC, с включенным последовательно резистором 15 Ом и фильтром. На выходе (100 МГц, более яркая кривая) такая схема дает порядка 10 дБм мощности на нагрузку 50 Ом - это примерно 2 В p-p размах напряжения. При питании 4.3 В такую мощность можно развить только в случае низкого выходного сопротивления (~20-30 Ом в среднем), что хорошо согласуется с результатом моделирования.

[Reanimator++]

Приведите пожалуйста график девиации.

Свой стенд для измерения? Напишите подробно алгоритм измерения от момента оцифровки до вычисления частоты.

Посмотрел сегодня в измерения из 1-го сообщения.
В каждой точке выполнялось 5 измерений длительностью 4 секунды. Девиация на всем протяжении измерений была равна 1-2 ppb. (точнее не могу сказать, округлили). Т.е. график будет прямой шумной линией.

Алгоритм измерения частоты примерно следующий. Создаются временные ворота равные длительности измерений.
Затем они синхронизируются с фронтами сигнала измеряемой частоты. Количество целых периодов сигнала, попавших в эти ворота считается счетчиком. Затем производится заполнение этих ворот высокочастотным сигналом опорной частоты. Количество попавших импульсов считается другим счетчиком. Показания счетчиков делятся друг на друга, это и есть отношение частот. Погрешность - +- 2 импульса частоты заполнения.

Стенд свой, вот картинки.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[VNS]

...А мне не требуется чтобы выходная частота генератора была строго равна частоте последовательного резонанса.
Мне нужно измерять долговременную стабильность. Т.е. любое постоянное смещение приемлемо...

Reanimator, "любое постоянное смещение" создаётся элементами схемы с неизвестной стабильностью - Вы отдельно, без кварцевого резонатора, эти элементы проверяли? Их характеристики Вам известны?
Основная цель разработки схемы генератора с кварцевым резонатором состоить в создании условий и режимов работы генератора, при которых:
1. Мощность сигнала положительной обратной связи, проходящей через кварцевый резонатор, должна быть минимальной;
2. Долговременная стабильность определяется ТОЛЬКО физическими характеристиками кварца.
rloc - "Основная идея была - показать, что для измерения долговременной нестабильности нужно сделать коэффициент связи с резонатором как можно меньше - в этом основное отличие от схем, когда пытаются достичь минимальных фазовых шумов. И есть специальные схемы включения резонатора, дающие возможность гибкого варьирования этого коэффициента. В этом случае окружающая схема перестает влиять и нет разницы, что было использовано в качестве активного элемента."
'Reanimator++' - в Ваших схемах энергия, которая проходит через кварц, не измеряется и заведомо принимается на веру её оптимальное значение. Вы, как мне кажется, на уровне интуиции это понимаете.

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...

"...вариант с честным и стабильным аналоговым усилителем..." - в цепи ПОС. Кварцевый резонатор работает на минимально возможном уровне энергии на обкладках резонатора.

Сообщение отредактировал VNS - Apr 22 2015, 08:35

[rloc]

'Reanimator++' - в Ваших схемах энергия, которая проходит через кварц, не измеряется и заведомо принимается на веру её оптимальное значение. Вы, как мне кажется, на уровне интуиции это понимаете.
"...вариант с честным и стабильным аналоговым усилителем..." - в цепи ПОС. Кварцевый резонатор работает на минимально возможном уровне энергии на обкладках резонатора.

Поясните пожалуйста, как с усилителем контролируется мощность? Или это определенная схема включения, не зависимая от активного элемента?

Стенд свой, вот картинки.

Серьезный у Вас стенд.

В каждой точке выполнялось 5 измерений длительностью 4 секунды. Девиация на всем протяжении измерений была равна 1-2 ppb. (точнее не могу сказать, округлили). Т.е. график будет прямой шумной линией.
Количество целых периодов сигнала, попавших в эти ворота считается счетчиком.

Сразу уточню, долговременная стабильность счетчика заведомо выше? По поводу интервала измерения хотел узнать, сколько минимально времени необходимо для определения долговременной стабильности? Но вижу у Вас методика не совсем точная, быстрее померить не получится. В идеале хорошо бы посмотреть на график девиации в зависимости от интервала измерения: 0.01 с, 0.1 c, 1 c, 10 c, 100 c ...

[Reanimator++]

Reanimator, "любое постоянное смещение" создаётся элементами схемы с неизвестной стабильностью - Вы отдельно, без кварцевого резонатора, эти элементы проверяли? Их характеристики Вам известны?
Основная цель разработки схемы генератора с кварцевым резонатором состоить в создании условий и режимов работы генератора, при которых:
1. Мощность сигнала положительной обратной связи, проходящей через кварцевый резонатор, должна быть минимальной;
2. Долговременная стабильность определяется ТОЛЬКО физическими характеристиками кварца.

'Reanimator++' - в Ваших схемах энергия, которая проходит через кварц, не измеряется и заведомо принимается на веру её оптимальное значение. Вы, как мне кажется, на уровне интуиции это понимаете.

По поводу уровня рассеиваемой мощности - для данного типа испытаний рассеиваемая мощность выбирается исходя из характеристик резонатора, возможно ближе к номинальной. Известно, что старение резонаторов в активном и в пассивном режиме отличается (есть данные в статьях). Наиболее правильными считаются именно испытания в активном режиме.
К сожалению непосредственно измерить рассеиваемую мощность у меня не хватило возможностей, поэтому выбиралась она на основе чужих расчетов и, как вы верно заметили, более на интуитивном уровне.

По поводу стабильности элементов - по резисторам и конденсаторам характеристики приведены в их документации, и если верить расчетам генератора из статей, которые я приводил, то их влияние на результат пренебрежимо мало.
Гораздо более интересен активный элемент. Про него я ничего не знаю. Хорошо что пришли люди, которые в этом понимают, дожидаюсь от них какого-либо вердикта.

Вообще постоянное смещение создается даже механическим зажимом для резонатора. Например, вставлять другой стороной нельзя - емкости выводов немного разные. И даже просто от установки к установке одной и той же стороной частота уже отличается. Очень тонкая это величина.

Сразу уточню, долговременная стабильность счетчика заведомо выше? По поводу интервала измерения хотел узнать, сколько минимально времени необходимо для определения долговременной стабильности? Но вижу у Вас методика не совсем точная, быстрее померить не получится. В идеале хорошо бы посмотреть на график девиации в зависимости от интервала измерения: 0.01 с, 0.1 c, 1 c, 10 c, 100 c ...

Долговременная стабильность опоры на несколько порядков выше. На втором фото внизу можно разглядеть рубидиевый стандарт частоты.
Я понял про какую зависимость от времени вы говорите. Для всех цифр кроме 100 секунд я проводил измерения и везде девиация в точности соответствует методической погрешности d ~ 2 / (fзап * tизм). Частота заполнения, как я уже говорил порядка 200 МГц. 100 секунд не могу измерить, не хватит разрядности счетчиков (32 разряда у меня).
Стенд, кстати, полностью моей разработки.

[rloc]

Я понял про какую зависимость от времени вы говорите. Для всех цифр кроме 100 секунд я проводил измерения и везде девиация в точности соответствует методической погрешности d ~ 2 / (fзап * tизм). Частота заполнения, как я уже говорил порядка 200 МГц. 100 секунд не могу измерить, не хватит разрядности счетчиков (32 разряда у меня).

К сожалению пропустил, где Вы говорили о зависимости от времени накопления. Если девиация до 100 с продолжает падать, значит еще не дошли до частотной стабильности. Согласно рис. 3 нижеследующего документа, "блуждание" частоты начинается с некоторого достаточно большого периода накопления:
W.J. Riley, Handbook of Frequency Stability Analysis, NIST Special Publication 1065
Для 100 с накопления и более не нужен счетчик с большой разрядностью. Предположим, за 4 с есть возможность с достаточно большой точностью померить частоту, тогда весь интервал измерения нужно разбить на несколько, для 100 с - на 25 частей, и согласно формуле квадрат дисперсии будет выглядеть как:
d^2 = [(f2-f1)^2+(f3-f2)^2+...+(f25-f24)^2]/(2*24)
или лучше с перекрытием
d^2 = [s1^2+s2^2+...+s17^2]/(2*17) , где s1 = [(f5-f1)+( f6-f2)+(f7-f3)+(f8-f4)]/4 , s2 = [(f6-f2)+ ... и т.д.
Интервал перекрытия определяется экспериментально, чтобы частоты были как можно более независимы между собой, более гладкая кривая.

P.S. Поправил вариант с перекрытием. И термостатирование надо внимательно проверить, не должно быть систематики, по графикам из первого поста.

[VNS]

...Гораздо более интересен активный элемент. Про него я ничего не знаю. Хорошо что пришли люди, которые в этом понимают, дожидаюсь от них какого-либо вердикта.
...Вообще постоянное смещение создается даже механическим зажимом для резонатора. Например, вставлять другой стороной нельзя - емкости выводов немного разные. И даже просто от установки к установке одной и той же стороной частота уже отличается.

Наилучшим активным элементом считаю туннельный диод (ТД). Есть информация, к сожалению, на бумажном носителе.
Кроме активного элемента необходима индуктивность на керамическом каркасе. Если рубидиевый эталон для Вас не проблема изготовить, то с такой катушкой у Вас тоже не будет затруднений.
Для упрощения диалога сообщите доступную элементную базу по названным ТД.
Возможно, нужно проверить конструктив самой платы генератора, если не возражаете...

[rloc]

Наилучшим активным элементом считаю туннельный диод

В чем его преимущества?

[VNS]

В чем его преимущества?

Минимальные габариты и число элементов в схеме с его применением.

[rloc]

Минимальные габариты и число элементов в схеме с его применением.

Насколько это важно в данном случае? Как контролировать мощность? Нагруженную добротность? Как повысить крутизну отрицательного сопротивления, если понадобится скомпенсировать несколько больше потерь в резонаторе?

[VNS]

Насколько это важно в данном случае? Как контролировать мощность? Нагруженную добротность? Как повысить крутизну отрицательного сопротивления, если понадобится скомпенсировать несколько больше потерь в резонаторе?

Мощность контролируется косвенным методом путём расчёта режимов ЭКВИВАЛЕНТНОЙ схемы генератора. Нагруженная добротность задаётся коэффициентом включения кварцевого резонатора (КГ) в контур и величиной нагрузки. Собственная добротность и другие характеристики КГ определяется по стандартизированной методике. Выбор типа ТД определяет значения отрицателного сопротивления.

[rloc]

Мощность контролируется косвенным методом путём расчёта режимов ЭКВИВАЛЕНТНОЙ схемы генератора. Нагруженная добротность задаётся коэффициентом включения кварцевого резонатора (КГ) в контур и величиной нагрузки. Собственная добротность и другие характеристики КГ определяется по стандартизированной методике. Выбор типа ТД определяет значения отрицателного сопротивления.

Нарисуйте пожалуйста упрощенный вариант схемы (без учета паразитных элементов) с расчетом номиналов и выбором ТД, чтобы получить на резонаторе мощность около 10 мкВт и нагруженную добротность около 0.9 от ненагруженной, при допустимом диапазоне эквивалентных сопротивлений резонатора от 5 до 120 Ом.

[VNS]

Нарисуйте пожалуйста упрощенный вариант схемы (без учета паразитных элементов) с расчетом номиналов и выбором ТД, чтобы получить на резонаторе мощность около 10 мкВт и нагруженную добротность около 0.9 от ненагруженной, при допустимом диапазоне эквивалентных сопротивлений резонатора от 5 до 120 Ом.

Эту схему не "рисуют", а расчитывают на основе эквивалентной схемы. В эквивалентной схеме нет "паразитных" элементов - этот термин из слэнга радиолюбителей...
Ваша просьба соответствует заданию на курсовую работу по приёмо-передающим устройствам РЭА, в которой:
1. Не указана частота;
2. Не указана нагрузка;
3. Не указан тип кварцевого резонатора.
Почему выбрана нагруженная добротность 0.9 от ненагруженной? Как этот параметр измерить?
Теоретическими изысками не занимаюсь.
Для каждого КГ выбирается приблизительно подходящий ТД, разрабатывается топология платы, собирается макет и с использованием приличного Q-метра в течение месяца за, ориентировочно, 10 циклов итерации можно разработать работоспособный макет такого генератора.

[Reanimator++]

Наилучшим активным элементом считаю туннельный диод (ТД). Есть информация, к сожалению, на бумажном носителе.
Кроме активного элемента необходима индуктивность на керамическом каркасе. Если рубидиевый эталон для Вас не проблема изготовить, то с такой катушкой у Вас тоже не будет затруднений.
Для упрощения диалога сообщите доступную элементную базу по названным ТД.
Возможно, нужно проверить конструктив самой платы генератора, если не возражаете...

Делать различные виды генераторов пока не вижу смысла, поскольку у меня нет способа их сравнения.
Пока бы посчитать то что уже сделано. В принципе оно работает нормально, поставленные задачи выполняет.
Осталось только рассчитать погрешность..
Платку выложу, она простая как 2 пальца..

[rloc]

Ваша просьба соответствует заданию на курсовую работу по приёмо-передающим устройствам РЭА, в которой:
1. Не указана частота;
2. Не указана нагрузка;
3. Не указан тип кварцевого резонатора.

Как Вы говорили, схема достаточно простая, почему сложность расчета должна быть на уровне курсовой? Наоборот, раз такие сложности, как автор темы справится? Если какие-то параметры не указаны, можно выбирать любые.

Почему выбрана нагруженная добротность 0.9 от ненагруженной? Как этот параметр измерить?

Чтобы как можно меньше влиять на сам резонатор и соответсвенно на частоту. Измерить проще эквивалентное сопротивление самого резонатора, а при расчетах сделать вносимое активное сопротивление равным
Rвн < R0*(Q0/Qн-1)

Rвн - вносимое сопротивление
R0 - собственное сопротивление резонатора
Q0 - ненагруженная добротность
Qн - нагруженная добротность

С учетом ранее предложенных мной условий, Rвн < R0*(1/0.9-1) = R0*0.11

10 циклов итерации можно разработать работоспособный макет такого генератора.

Сложно. Как под другие параметры резонаторов потом подстраиваться?

[VNS]

1 ...Если какие-то параметры не указаны, можно выбирать любые.
2 ...Измерить проще эквивалентное сопротивление самого резонатора...
3 ...при расчетах сделать вносимое активное сопротивление равным Rвн < R0*(Q0/Qн-1)...С учетом ранее предложенных мной условий, Rвн < R0*(1/0.9-1) = R0*0.11
4 ...Как под другие параметры резонаторов потом подстраиваться?

1. Теоретик может задать или выбрать любые значения. В реальной схеме для ТД можно выбирать только в диапазоне допустимых значений сопротивления нагрузки.
2. Как Вы это делаете? Что означает Ваш термин "эквивалентное сопротивление" для КР? Мне знаком термин "эквивалентное резонансное сопротивление" КР на частоте резонанса.
3. Это Ваши предположения и условия...
4. Какие параметры и как"подстраиваться"?
Перечисленные действия и условия должны проверяться на конкретной схеме КГ с привязкой к определённому типу, например, Q-метра.

Сообщение отредактировал VNS - Apr 23 2015, 23:04

[rloc]

1. В реальной схеме для ТД можно выбирать только в диапазоне допустимых значений сопротивления нагрузки.

Допустим 50 Ом, усилитель в любом случае надо ставить для развязки.

2. Как Вы это делаете? Что означает Ваш термин "эквивалентное сопротивление" для КР? Мне знаком термин "эквивалентное резонансное сопротивление" КР на частоте резонанса.

Думаю об одном и том же говорим. Померить можно с помощью мостовой схемы (как раньше измеряли эквивалентные пар-ры RLC) и анализатора цепей. Если резонатор покупной, то производитель часто сам приводит эти параметры.

3. Это Ваши предположения и условия...

Это общепринятая практика построения ГК для целей частотной стабилизации.

4. Какие параметры и как"подстраиваться"?
Перечисленные действия и условия должны проверяться на конкретной схеме КГ с привязкой к определённому типу, например, Q-метра.

Параметры у резонатора могут быть разные: частота, эквивалентное сопротивление, емкость электродов ... Как должна выглядеть работа со стендом? Есть некоторые исходные данные по резонатору и желаемому режиму работы (мощность, нагруженная добротность по отношению к собственной или коэффициент связи), в стенде выставляются некоторые параметры, он включается и проводятся измерения.
Подсознательно я понимаю, что простые схемы для измерительных целей не годятся, слишком сложны они в настройке, подготовке, если вообще могут позволить померить при широком варьировании параметров и режимов работы.

Пока бы посчитать то что уже сделано. В принципе оно работает нормально, поставленные задачи выполняет.
Осталось только рассчитать погрешность..

Интересно посмотреть, что получится.

[vhk]

Минимальные габариты и число элементов в схеме с его применением.

На картинке схема кварцевого транзисторного генератора и осциллограмма сигнала на базе.
В схеме кварцевого генератора на ТД (реально работающего) такое же кол-во деталей.

[VNS]

Существенным преимуществом ТД является то, что значение максимального значения туннелного тока почти не зависит от температуры.

[vhk]

Существенным преимуществом ТД является то, что значение максимального значения туннелного тока почти не зависит от температуры.

У "классического" биполярного транзистора практически НЕТ "туннельного" тока, и от температуры тоже не зависит. По напряжению питания, данная схема работает и от 1,25 В. Всё таки хочется найти какие либо (разумные, практически полезные) доводы по применению ТД в схемах кварцевого генератора.

[VNS]

...У "классического" биполярного транзистора практически НЕТ "туннельного" тока,
... от температуры тоже не зависит.

У "классичекого" биполярного транзистора "тоннельный" ток вообще отсутствует.
Что не зависит от температуры у биполярного транзистора?

Сообщение отредактировал VNS - Apr 24 2015, 14:28

[vhk]

Что не зависит от температуры у биполярного транзистора?

То, что отсутствует.
Схема на биполярном транзисторе с таким же количеством деталей как у схемы на ТД работает. Всё таки интересен вопрос о преимуществах ТД.

[VNS]

То, что отсутствует.
Схема на биполярном транзисторе с таким же количеством деталей как у схемы на ТД работает. Всё таки интересен вопрос о преимуществах ТД.

ТД меня заинтересовали сначала на уровне интуиции. Потом получилось проверить работу триггеров, генераторов и других элементов на его основе. Я понимаю Вас - сложно поверить в то, чего не держал в руках. Практически полное отсутствие литературы по расчётам схем на ТД, включая и патенты, свидетельствует о их широком применении в аппаратуре особого назначения, как мне кажется...
Электроны туннельного тока двигаются в ТД приблизительно со скоростью света, поэтому время пробега получается чрезвычайно малым. Постоянная времени диода RC от размеров диода не зависит и может достигать значения десять минус двенадцатой степени секунды. Отсюда следует, рабочая частота может достигат десять в десятой степени Герц. В настоящее время, при изобилии качественных "биполярных" транзисторов, ТД морально устарел.
http://www.dioda.ru/tunnel-diode.html

Сообщение отредактировал VNS - Apr 24 2015, 21:36

[rudy_b]

У туннельных диодов есть серьезный недостаток - быстрое старение. Толщина перехода очень мала, концентрация примесей велика и за счет диффузии его параметры быстро плывут даже при комнатных температурах. Поэтому от них и отказались везде, где только возможно.

[Orthodox]

...Практически полное отсутствие литературы по расчётам схем на ТД, включая и патенты, свидетельствует о их широком применении в аппаратуре особого назначения, как мне кажется...

Припоминаю "аппаратуру особого назначения" типа "осциллографа радиолюбителя ОМЛ-3М",естественно продававшегося в обычных магазинах. Ежели память не изменяет,то там некий туннельный диод стоял в синхронизации развёртки. Да и в другой,столь-же специальной, аппаратуре применялись...
Да вот собственно - https://www.google.ru/search?q=%D0%9E%D0%9C...CBsQsAQ#imgrc=_

Но конечно не забываем слова rudy_b в п.87 "У туннельных диодов есть серьезный недостаток - быстрое старение". Плюс ещё куча проблем у ТД при практическом применении

[VNS]

Припоминаю "аппаратуру особого назначения" типа "осциллографа радиолюбителя ОМЛ-3М",естественно продававшегося в обычных магазинах. Ежели память не изменяет,то там некий туннельный диод стоял в синхронизации развёртки...
Но конечно не забываем слова rudy_b в п.87 "У туннельных диодов есть серьезный недостаток - быстрое старение". Плюс ещё куча проблем у ТД при практическом применении

С1-75 имеет синхронизацию развёртки с использованием ТД.
"Старение" - деградация происходит из-за неправильно выбранного режима работы диода.

[Orthodox]

С1-75 имеет синхронизацию развёртки с использованием ТД...

Не только С1-75,но и как уже указал ОМЛ-3м, да и не только он...

Радиолюбительский осциллограф ОМЛ-3м (изделие с убогими даже для того времени параметрами можно назвать и "осциллографический пробник") как пример аппаратуры особого назначения как-то прикольней

[VNS]

С1-75 и сегодня один лучших приборов по ряду параметров. Есть аналоги, но они сложнее и, соответственно, дороже...

Сообщение отредактировал VNS - Apr 27 2015, 07:01

[НЕХ]

Параметры резонатора удобно наблюдать в такой схеме генератора на ОУ -
тестовый генератор для определения частоты последовательного резонанса и внутреннего сопротивления

[rloc]

тестовый генератор для определения частоты последовательного резонанса и внутреннего сопротивления

Очень хорошо. Ранее уже кто-то упоминал про операционный усилитель, впрочем можно и без него обойтись. Можете развить тему в этом направлении? Хорошо бы перерисовать в более читаемый вид и выделить главный элемент этой схемы - мост, с его важными и полезными свойствами для частотной стабилизации.

[VNS]

...Хорошо бы перерисовать в более читаемый вид и выделить главный элемент этой схемы - мост, с его важными и полезными свойствами для частотной стабилизации.

В этой схеме можно только "...удобно наблюдать..." параметры резонатора.

[НЕХ]

В этой схеме можно только "...удобно наблюдать..." параметры резонатора.

Например, измерить последовательное сопротивление резонатора обыкновенным омметром - SC-срез имеет бОльшее сопротивление.
Любопытно возбуждать колебания одновременно на основной частоте и гармониках - частоты эти вовсе не различаются в строго
нечётное целое число...
Много любопытной литературы по резонаторам можно нагуглить на аббревиатуру - QCM (Quartz crystal microbalance)
Пригодится и такой пробничек -
BF998 в качестве буферного усилителя с малой ёмкостью и в составе кварцевого генератора :

Туннельный диод так не может (хи-хи)

[rloc]

В этой схеме можно только "...удобно наблюдать..." параметры резонатора.

Про мостовые схемы могу много интересного рассказать, от простых до супер сложных, только намекните, есть ли интерес. HP очень любила использовать их в задающих генераторах на 10 МГц. Вышеприведенной схемой не ограничивается многообразие всех вариантов и способов применения. А схемы генераторов, в которых частотозадающий резонатор используется пассивно, как частотный детектор, являются на сегодня самыми лучшими по долговременной стабильности, превосходя многие рубидиевые генераторы.

[vhk]

Про мостовые схемы могу много интересного рассказать, от простых до супер сложных, только намекните, есть ли интерес.
.......
А схемы генераторов, в которых частотозадающий резонатор используется пассивно, как частотный детектор, являются на сегодня самыми лучшими по долговременной стабильности, превосходя многие рубидиевые генераторы.

Интерес есть. Если можно, то схемы, примеры реализации как мостовых схем генераторов так и кварцевый резонатор в пассивном режиме.
Спасибо.

[VNS]

Интерес есть. Если можно, то схемы, примеры реализации как мостовых схем генераторов так и кварцевый резонатор в пассивном режиме...

"СВЧ устройства на полупроводниковых диодах." Проектирование и расчёт. Абдюханов М.А., 1969 г.
"...кварцевый резонатор в пассивном режиме..." - нет такого режима работы кварцевого резонатора (КР). В КР необходимо подавать энергию для компенсации энергии механических потерь и передать часть энергии с него на вход усилителя для получения информации о частоте колебания кристалла. Для этого применяется резистивная, ёмкостная или индуктивная связь между активными элементами генератора и КГ. Для расчёта используется термин "коэффициент включения" КР.
На стр.180 названного учебника про это подробно написано.
"Мостовые схемы генераторов" - новомодный термин иcпользуется для рекламы "новых схем" генераторов, в которых ничего нового пока не изобретено...

Сообщение отредактировал VNS - Apr 29 2015, 03:52

[VNS]

...схемы генераторов, в которых частотозадающий резонатор используется пассивно, как частотный детектор, являются на сегодня самыми лучшими по долговременной стабильности, превосходя многие рубидиевые генераторы.

Резонатор должен получать какую-то энергию для компенсации собственных потерь. С резонатора необходимо считывать информацию о частоте колебаний - для этого с него необходимо отбирать какую-то энергию. Оба процесса могут вызывать неконтролируемый сдвиг частоты колебаний.
"... многие рубидиевые генераторы..." - такие генераторы уникальны по конструкции и аттестуются генераторами более высокого класса точности. Такие проверки проводились? Есть достоверная информация о таких сравнительных испытаний в официальных Институтов метрологии? Иная информация о таких харатеристиках является намерениями разработчиков разработать такие генераторы и относится к самопиару названных разработчиков.

[rloc]

"СВЧ устройства на полупроводниковых диодах." Проектирование и расчёт. Абдюханов М.А., 1969 г.
"...кварцевый резонатор в пассивном режиме..." - нет такого режима работы кварцевого резонатора (КР). В КР необходимо подавать энергию для компенсации энергии механических потерь и передать часть энергии с него на вход усилителя для получения информации о частоте колебания кристалла. Для этого применяется резистивная, ёмкостная или индуктивная связь межу активными элементами генератора и КГ. Для расчёта используется термин "коэффициент включения" КР.

Если подходить к решению задачи получения гармонических колебаний с заданными хар-ми, то путей построения может быть великое множество, генератор с одним резонатором - малое подмножество. "Коэффициент включения" - то, что хотел услышать. Перед Вами сейчас лежит книга, где приведены расчеты, скажите, какой минимальный коэффициент включения резонатора можно получить с ТД? И если он ограничивается, то чем?

"Мостовые схемы генераторов" - новомодный термин иcпользуется для рекламы "новых схем" генераторов, в которых ничего нового пока не изобретено...

Как Вы можете говорить о том, чего не знаете? И какие же "ново-" мостовые схемы? Они были придуманы, когда о транзисторах не мечтали, а в современной литературе им не на нашли более интересного применения, чем в измерении уровня вязкости жидкостей.

Интерес есть. Если можно, то схемы, примеры реализации как мостовых схем генераторов так и кварцевый резонатор в пассивном режиме.

Термин "пассивный" придуман не мной
FRED L. WALLS AND SAMUEL R. STEIN, "A Frequency-Lock System for Improved Quartz Crystal Oscillator Performance", 1978 г.
S . R. Stein, C. M. Manney, Jr., F. L. Walls, James E. Gray, Raymond J. Besson, "A SYSTEMS APPROACH HIGH PERFORMANCE OSCILLATORS", 1978 г.
А слово "мостовые" говорю в отношении подобных схем по причине использования в них частотных дискриминаторов, которые по своей сути работают как мосты - выделяют сигнал ошибки, в СВЧ именно мосты и используются.
Теоретически решить задачу частотной и фазовой стабилизации можно и на одном резонансном элементе, при условии достаточности добротности и отсутствия зависимости от мощности. Но, традиционно, мощность на кварцевых резонаторах ограничена, так как никто не делает больших кристаллов, а просуммировать несколько - не такая и простая задача. Поэтому идут по другому пути - делят задачу на две - отдельно делают частотную и отдельно фазовую стабилизацию, и синхронизируют между собой. Фазовой стабилизации сейчас касаться не буду, а частотную можно улучшать, использую все те же самые принципы, которые используются в СВЧ:
A. Chenakin, ”Phase Noise Reduction in Microwave Oscillators,” Microwave Journal, October 2009, pp. 124-140

Сильно углубляться конечно не стоит, автор темы ожидает получить порядок 10^-9 стабильности, и простые мостовые схемы это могут дать, в придачу к контролируемому уровню мощности и малому (регулируемому) коэффициенту связи.