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恒溫晶振進行系統測試的過程方式
大家都知道恒溫晶振是非常高端的有源晶振，基本上都是應用在智能醫療電子、軍事通訊設備、智能安防、程控交換機、網絡設備等高科技，高要求產品身上。本身具有低相噪，低功耗，低相位拉動，低電壓等優秀特性?？吹轿恼聵祟}也許很多人會疑惑，什么是OCXO晶振系列測試，這是本次我重點要說明的內容，還有其過程方式。
在進行系統測試時,被鎖石英晶振采用金洛鑫電子代理的進口高穩定度恒溫晶體振蕩器(10MHz±3Hz),GPS接收機選用Trimble公司生產的LASSEN IQ型,采用Oscilloquartz公司的5585B-PRS型銫原子頻標作為頻率參考,該銫原子頻標可輸出10MHz信號,具有較好的頻率準確度及穩定度,其頻率準確度優于5×10-12,秒級頻率穩定度優于1×10-11/s。
采用相位比對的方法來測試被鎖貼片晶振的相對頻率準確度,測試連接圖如圖5.1所示。將被鎖定的石英晶體振蕩器的10MHz頻率信號和銫原子頻標產生的10MHz頻率信號分別作為開關門信號輸入到精密時間間隔測試儀HP5370B(分辨率為20ps)進行比對測試,HP5370B輸出的時間間隔值與兩個比對信號的相位差成正比。該時間間隔值的變化反映了兩個信號的相位差的變化。計算相對頻差的公式為:
其中,τ為取樣周期;△T為在取樣周期τ內兩信號累積的相位差變化。由此式可以看出,△T的測量誤差取決于HP5370B的時間間隔測量分辨率,最小為±20ps,也就是在ls閘門時間內相對頻率準確度為±2×10-11,但是隨著采樣時間r的增大,測量誤差可以大大的減小,貼片晶振精度也不斷提高。
由于天氣等原因,對接收機工作有影響,所以做實驗時適當選擇比較好的天氣。取樣時間設定為40s,OCX0在系統運行3小時后即進入鎖定狀態,開始對有源晶振鎖定狀態下與銫原子頻標進行相位比對測試,記錄系統連續工作10小時的數據,圖5.2為OCXO的頻率準確度隨時間的變化曲線。
從圖5.2中可以看出,鎖定后OCXO晶振的頻率值在標稱頻率上下起伏,最大起伏約為9.0×10-11。通過計算,圖5.2中所顯示的頻率平均準確度達到73×10-12,相對于所采用晶體振蕩器的約5×10-10/d的老化率有明顯改進,同時也說明晶振頻率的漂移得到了一定程度的修正。
在進行頻率穩定度測試時,由于實驗室測頻儀器測量的分辨率的有限,ls和10s的穩定度由直接測頻法計算得到,而100s、1000s、5000s和10000S由比相間接測頻法計算得到,相位比對數據采用上面圖5.2中所采集的數據。鎖定后, 進口有源晶振(OCXO)的頻率穩定度測試結果如表5.1所示:
從表51中可以看出,鎖定后的恒溫晶振的短期穩定度基本保持了其本身的指標,而其中長期穩定度不是非常理想,這是由lPPS中存在的中長期相位漂移以及Kalman濾波和PID控制參數還不是很合理造成的,但總體較其本身指標,有一定程度的提高。因此,后續工作需要增大濾波時間常數,進一步繼續優化Kalman濾波和PID控制模型的參數,使得Kalman濾波的收斂值更小,對OCXO頻率的調整幅度和頻度更低。
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