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

 

[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..).

[_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?

[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...