Прецизионный кварцевый генератор, Специфические требования. Опции

[Stanislav]

Думаю, что сюда... Если нет - перенесите, пожалуйста.

Уважаемые участники форума.
По долгу службы возникла необходимость создать генератор сигнала с весьма "героическими" параметрами.
Всё бы ничего, если б не их специфичность...

Итак, вводная:
- частота выходного сигнала - 20 МГц;
- кратковременная нестабильность (девиация Аллана) на базе 0,1-5,0 секунд - не более 3*10^-12;
- погрешность начальной уставки частоты - не более +/-2*10^-6, с возможностью регулировки в заданных пределах.
Собственно, это всё. Остальные параметры особо не волнуют.

Что имеется.
- наплатный термостат с двумя термобарьерами и внешней термоизоляцией из пористого материала. Так себе термостатик...;
- возможность приобретения любых необходимых компонентов;
- понимание того, чем отличается прецизинный генератор от "обычного", в части теории и "железа".
Приобретение оборудования для оценки параметров генераторов также возможно.

Собственно, первые же вопросы.

1. Нужен транзистор с бета не менее 100 на постоянном токе, и граничной частотой бета >2ГГц. Малошумящий, с малым уровнем фликкера на 1 Гц и менее (возможно, эта нестабильность по-другому называется).
Фликкера обычно нет даташитах, потому и вопрос. Кто эти параметры выложит - тому я должник.

2. Нужен проверенный поставщик кварцевых резонаторов в партии >1000 шт с параметрами:
- частота настройки - 5 или 10 МГц;
- добротность - не менее 1,5х10^6;
- температура настройки - 75-85 градусов С;
- гармоника не имеет значения. Габарит - имеет.
- SC-срез имеет преимущество (нужна устойчивость к ускорениям и повышенная мощность на кристалле).

Буду умножать, или выделять электрическую гармонику.

На 20 МГц, насколько мне известно, кварцев с такими характеристиками не бывает, но если ошибаюсь, будет отрадно. Там уже, как минимум, 5-я гармоника нужна - это я сказать могу точно...

Ежели кто может помочь советом - буду премного благодарен.
И ещё - не сочтите за невежливость, но надеюсь только на квалифицированное участие. Соорудить трёхточку могу, муделятором не пользуюсь, и прошу не объяснять, как это нужно делать.
Благодарю за понимание, и заранее спасибо.

ЗЫ. Схемные решения могут быть интересны, если они не содержат объёмных компонентов. В любом случае, нужно делать оглядку на условия.
Но, вообще говоря, это даже не вопрос, так что прошу особенно не заморачиваться..

[rloc]

На 20 МГц, насколько мне известно, кварцев с такими характеристиками не бывает, но если ошибаюсь, будет отрадно. Там уже, как минимум, 5-я гармоника нужна - это я сказать могу точно...

Действительно, ваши требования больше подходят резонаторам на 10 МГц, но возможно и на 20 МГц где-то близко будет. С номером гармоники и срезом вы абсолютно верно подметили.
Вижу Вы много проштудировали материала и наверняка встречали омскую фирму Magic Xtal. С ходу, без опыта работы, "переплюнуть" характеристики такого генератора, как MXODR будет сложно. Прошу заметить, я не говорю невозможно. Но если Вы чувствуете в себе силы, можете заказать у них отдельно резонаторы, просто мало кто об этом знает. Вообще фирм, поставляющих отдельно резонаторы на большую мощность, днем с огнем не сыщешь. Можно поинтересоваться у Dr.Drew.

1. Нужен транзистор с бета не менее 100 на постоянном токе, и граничной частотой бета >2ГГц. Малошумящий, с малым уровнем фликкера на 1 Гц и менее (возможно, эта нестабильность по-другому называется).
Фликкера обычно нет даташитах, потому и вопрос. Кто эти параметры выложит - тому я должник.

Большое усиление не нужно, даже вредно. А так, классика жанра - NEC NE68533. Для частоты 0.9 ГГц фликкер показан на рисунке ниже (по измеренным хар-кам, не мной), для 10 МГц понятно меньше будет, надо моделировать, Modelithics в помощь.

[Stanislav]

Вижу Вы много проштудировали материала и наверняка встречали омскую фирму Magic Xtal. С ходу, без опыта работы, "переплюнуть" характеристики такого генератора, как MXODR будет сложно.

Нет, к сожалению, эту фирму не знал.
Из отечественных знаю Морион и Вектрон. Но их генераторы возможности использовать нет - дороговато. А термостат для генератора - бесплатный, там датчики уже и так стоят.
А так - дивайс вполне себе зачотный. Что-то подобное и надо соорудить. Долговременная стабильность при этом не волнует, так что буду качать кварц на всю катушку. Разрешённую, конечно.
За информацию - спасибо. Буду узнавать.
Хотя, я больше не буржуинов рассчитываю, если честно...

Но если Вы чувствуете в себе силы, можете заказать у них отдельно резонаторы, просто мало кто об этом знает.

Ещё раз спасибо. Если режут двухповоротные - будет большой сюрприз.
Правда, нужна стабильность параметров, а у нас с этим всегда было не гут.

...Вообще фирм, поставляющих отдельно резонаторы на большую мощность, днем с огнем не сыщешь. Можно поинтересоваться у DrDrew.

Обязательно поинтересуюсь. Сейчас направил запросы нескольким фирмам, ожидаю ответа.
http://www.crovencrystals.com
http://www.bliley.com
http://www.conwin.com
http://www.laptech.com

Большое усиление не нужно, даже вредно.

Дело не в усилении, а во входном сопротивлении, если делать схему с ОК (буду пробовать различные трёхточки, и не только).

...А так, классика жанра - NEC NE68533. Для частоты 0.9 ГГц фликкер показан на рисунке ниже (по измеренным хар-кам, не мной), для 10 МГц понятно меньше будет, надо моделировать, Modelithics в помощь.

Благодарю за совет. Пока что заказаны BFS481 и BFR340F, а также малошумящие аудио (100 Мгц), на всякий случай.
Этот тоже закажу, наверное; буду сравнивать. При токе примерно 2-3 ма.
Моделировать особого смысла не вижу. В моделях транзисторов интересующие меня параметры вряд ли представлены корректно.

График хорош, но, к сожалению, интересующую меня область не затрагивает.
По всему, вряд ли подойдёт - слишком велик фликкер, пусть даже и на гигагерце. На 10 МГц в 10 раз лучше не станет...
Всё равно спасибо ещё раз.

[rloc]

Моделировать особого смысла не вижу. В моделях транзисторов интересующие меня параметры вряд ли представлены корректно.

Модель модели - рознь. Если из даташита брать, то там действительно ничего путного по фликкеру нет, а если модель была составлена с отдельным измерением фликкер-шума, то стоит попробовать. От лишнего десятка макетов и разочарования точно избавит.

График хорош, но, к сожалению, интересующую меня область не затрагивает.
По всему, вряд ли подойдёт - слишком велик фликкер, пусть даже и на гигагерце. На 10 МГц в 10 раз лучше не станет...

Станет, преобразование фликкера из постоянки в переменку (AM-PM) напрямую зависит от величины нелинейных емкостей база-коллектор, база-эмиттер ... в зависимости от схемы.

BC847
Не пойдёт. Сопротивление базы велико, да и частотные свойства не ахти...

Фликкер-шум от сопротивления базы слабо зависит. BC850 уже относят к ultra-low, ВС847 вполне ахти может быть.

Недавно у MXtal появился MXO37/R с подходящим уровнем, но дорогой, собака.

И еще низкопрофильный MXO37/14L - это в копилку VCO по теме микроминиатюризации OCXO, только сегодня заметил.

[Stanislav]

Модель модели - рознь. Если из даташита брать, то там действительно ничего путного по фликкеру нет, а если модель была составлена с отдельным измерением фликкер-шума, то стоит попробовать.

Хорошо, тогда, может быть, подскажете конкретные модели малошумящих транзисторов, в которых учтён этот фактор?

Станет, преобразование фликкера из постоянки в переменку (AM-PM) напрямую зависит от величины нелинейных емкостей база-коллектор, база-эмиттер ... в зависимости от схемы.

Ну да, так ёмкости никуда не денутся...
Кроме того, есть ещё и нелинейность перехода.
Другое дело, что они будут шунтированы кондёрами, только это и обнадёживает. Есть мысль, как от нелинейной ёмкости коллекторного перехода избавиться.
Я ещё стабилизацию режима транзистора предусмотрю. Возможно, кратковременная стабильность улучшится, но может и нет.

Фликкер-шум от сопротивления базы слабо зависит. BC850 уже относят к ultra-low, ВС847 вполне ахти может быть.

Попробовать можно, такие у меня есть. Но рекордсменами по шуму они никогда не были.
Хотя, Вы, вероятно, правы - здесь собственно не шум важен, а именно кратковременная стабильность, которую шумом назвать можно лишь с большой натяжкой.
Но граничная частота всё равно слишком мала...

[vhk]

Попробовать можно, такие у меня есть. Но рекордсменами по шуму они никогда не были.
Хотя, Вы, вероятно, правы - здесь собственно не шум важен, а именно кратковременная стабильность, которую шумом назвать можно лишь с большой натяжкой.
Но граничная частота всё равно слишком мала...

Генератор можно сделать на не- буфферизированной логике.
Делал генераторы на 20,48 МГц на логике и транзисторах, посмотрите, может что пригодится.
Схема кварцевого генератора (кварц 20,48 МГц 1-я гармоника) на логике:
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1365189639
спектр сигнала и фазовые шумы генератора, две методики измерения:
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1366402733
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1366403415
Фазовые шумы кварцевых генераторов на 14 МГц, в зависимости от режима работы, соотношения емкостей в трёхточке, транзисторы разных типов «показывали» практически одинаковые фазовые шумы. Где то был спектр NE85633, почти такой же.
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1301489113
Цена транзисторов:
NEC NE85633 приобретал за 2 доллара штука, 2N3409G за 50 копеек штука.

[Fat Robot]

Такие схемы с логикой нормоконтроль в приличных местах заворачивает.

А по поводу "сделать генератор в термостате на плате с датчиками".. будет интересно, как вы сумеете организовать производство таких устройств. Вот представим, что при производственном тестировании генератор на конкретном экземпляре платы с датчиками не удовлетворяет требуемым характеристикам.. так всю плату с датчиками и выбросите в помойку?

Чем хорош покупной герератор OCXO/TCXO и т.п. - тем, что произволитель несет ответственность за параметры на выходе. кристалл, транзистор, катушка и прочие компоненты, а также схема в сборе прошли процедуры производственного тестирования. Какова стоимость этой процедуры и сколько готовых генераторов ушло в утиль, вы не знаете (судя по вопросам, вы никогда не работали в компаниях-производителях прецизионных генераторов. максимум - использовали готовые изделия, цокая языком на "дороговизну стульев для трудящихся всех стран"). это просто заложено в отпускную цену, которая, скорее всего вас и побудила затеять всю эту канитель. в конце-концов маленькая плата с десятком недорогих компонентов - несоизмеримо меньшая трагедия, нежели большая плата с датчиками.

Если же вопрос серийного выпуска не стоит, то не понятно, зачем так витьевато усложнять себе жизнь. А если стоит, то тоже не понятно. Попробуйте в размышлениях о целесообразности вашего технического решения хоть поверхностно задуматься о бизнес-модели производителей генераторов. я полагаю, что лень и низкая квалификация разработчиков целевых устройств - это далеко не основные факторы, на которых этот бизнес живет.

Генератор можно сделать на не- буфферизированной логике.