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...

[rloc]

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

Смотреть здесь. Отдельно выдернуть не представляется возможным.

Есть мысль, как от нелинейной ёмкости коллекторного перехода избавиться.

Ох, большое поле для творчества. Но для 10 МГц можно не беспокоиться, достаточно низкая частота.

[Stanislav]

Смотреть здесь. Отдельно выдернуть не представляется возможным.

Спасибо, посмотрю.
Но тех, что заказал, там не нашёл, к сожалению.
ne68533 есть - и то хорошо.

Генератор можно сделать на не- буфферизированной логике.

Можно. Для каких-то других целей.

Фазовые шумы...

Извиняюсь за повтор, но фазовые шумы меня не интересуют.
Потому, что они получатся заведомо ниже допустимого для наших приложений предела.
Так что тему фазовых шумов лучше всё-таки обсуждать в другой ветке.

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?

Организовать - точно так же, как организовывали ранее.
Там в термостате не только датчики, но и ИОН, АЦП, схемы питания и нормировки сигнала.
Естественно, всё это проходит довольно жёсткий двухуровневый контроль и калибровку.
Кварц по g тоже придётся калибровать, т.к. g-фактор нестабильности будет определяющим - система будет работать в движении.
Устройства, не прошедшие контроля, отправляются обратно на завод, в ремонт или замену компонентов.

Чем хорош.....
..... затеять всю эту канитель.

Не понимаю я, зачем Вы это пишете?..

На EdaBoard еще была ветка. По нашим расковырянным мишкам, фирмы типа Вензеля предпочитают BFR92/BFR93.

Спасибо, буду знать.

Снимал схему двойного OCXO на 5 МГц SC-cut - в сердце BSV52...

И ещё в копилочку. Спасибо.
PS. Шум не нормирован, бета маленький, частота Ft довольно низкая. Не пойдёт.

[vhk]

Посмотрел публикацию, генераторы от Wenzel 5 и 10 МГц
http://www.febo.com/pages/oscillators/wenzel_uln/
и сомневаюсь, что можно приобрести подходящие кварцы на 20 МГц, по требованиям топик стартера.

[Stanislav]

и сомневаюсь, что можно приобрести подходящие кварцы на 20 МГц, по требованиям топик стартера.

Я такие не требую, и не ищу даже (см. пост #1).
Самый лучший генератор должен получиться на кварце 5 МГц, 3-я гармоника (если 5-я - ещё лучше, но это экзотика). Но по размерам, боюсь, не прокатит.
10 МГц, 3/5 гармоника, также должен подойти, хоть и похуже будет.
Естественно, кварцы должны быть высокого качества, вакуумированы и предназначены для OCXO.

Потом буду умножать или выделять эл. гармонику, как писал выше.