在正常操作条件下,小体积有源振荡器可能经受许多环境变化,例如温度,湿度和大气压波动,以及系统级参数的变化,例如电源开关循环,电源电压和调谐电压不稳定性。为了确定老化性能,重要的是区分和隔离这些因素对振荡器的频率的影响。
所提供的数据显而易见的是预热,回扫和热稳定性的影响。对它们进行了讨论,以便将这些因素与老化过程区分开来,这种老化过程只能在跨越数年的大型数据集中实现。
4.1热身
预热是当石英晶体和元件由于施加功率而升高温度时发生的频率变化。虽然这在OCXO晶振中很明显,但由于电路元件的散热,它在TCXO晶振和VCXO晶振(压控晶体振荡器)中也存在较小的范围。在最明显的情况下,OCXO的预热通常指定为几分钟。预热时间是振荡器的频率达到指定频率容差所需的时间,该频率容限是在从向振荡器供电的通常1小时的参考时间段内获得的。但是,必须要理解的是,在规定的预热时间之后,预热不会停止,因此不能将其误解为老化。实际上,由于预热过程导致的频率变化可能持续数周。
4.2回撤
Retrace是通过关闭振荡器然后在一段时间后重新开启所观察到的频率变化。通过取稳定频率之间的差值,然后是通常24小时的特定断电时间段和在规定的恒定环境温度下进行的通常1至2小时的通电时间段之后测量的频率来测量。回归在图1的图表中描绘为-150天和-47天的停电持续约2至4小时的结果。
当在静态条件(主要是温度)下长时间操作时,石英晶体振荡器部件倾向于将它们自身物理地“退火”到该操作状态。当振荡器断电时,组件开始将其自身“退火”到新状态的过程,其新程度取决于该新状态下的时间段和两者之间的温差。当振荡器再次通电时,组件在物理上切换回电源关闭之前的状态。但是,它们可能达不到它们最初存在的确切状态,导致回扫效应。由于组件中的物理变化导致其电特性的变化,这反过来将导致频率变化。振荡环路中的元件是回扫的主要因素,与预热一样,由于电源开启和关闭状态之间的温差较大,OCXO晶振更容易回扫。在TCXO中,回扫通常被更大的温度依赖性变化和更高的老化速率所掩盖,如图2所示。
根据振荡器断电的时间段和产品类型,贴片石英晶振可能需要几个小时到几个星期才能从断电的效果中恢复并恢复到之前的老化速率。在其他情况下,对于相同的电源故障事件,振荡器可能不会表现出回扫的影响。在分析该研究的数据时,注意到回扫偏移的幅度通常与该振荡器的老化速率成比例。
4.3热稳定性
在正常操作条件下,热稳定性的影响可能会影响振荡器的真实老化性能,尤其是在考虑季节性变化时。具有较低热稳定性的石英晶体振荡器(如TCXO和VCXO)比例的精密双炉OCXO更容易误解老化速率测量值。