Современная электроника №5/2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 Новейшие кварцевые генераторы с высокой кратковременной стабильностью и особенности их применения Кратковременная стабильность частоты – один из основных параметров кварцевых генераторов, используемых в измерительной аппаратуре. Наиболее часто именно она определяет стабильность всей измерительной системы на коротких временах. Новейшие генераторы производства АО «Морион» могут обеспечивать стабильность частоты 8 × 10 –14 за 1 секунду. В статье приводится описание таких генераторов и аспекты их применения для достижения таких уровней стабильности. Юрий Иванов, Аркадий Никонов Стабильность частоты – основная характеристика любых генераторов, определяющая рабочие характери- стики аппаратуры, в которой они применяются. Частота генераторов может отклоняться от первоначаль- ного значения под действием раз- ных дестабилизирующих факторов – таких как изменение температу- ры, старение кварцевого резонато- ра, воздействие вибрации, неста- бильность питающего напряжения и т.п. Основной мерой стабильно- сти частоты является относитель- ное изменение частоты, оно опре- деляется как отношение разности текущей и номинальной (первона- чальной) частоты к этой номиналь- ной частоте. Принято разделять нестабиль- ность частоты кварцевых генерато- ров по времени на кратковременную и долговременную. Кратковременная нестабильность определяется за вре- мя от долей секунды до нескольких десятков секунд и имеет в основном случайную природу. Долговременная нестабильность определяется за вре- мя от нескольких часов до несколь- ких лет. Она уже является в основ- ном систематической и определяется старением кварцевого резонатора. На рис. 1 представлен схематический график нестабильности частоты от времени и разница между кратковре- менной и долговременной нестабиль- ностью [1]. Рассмотрим сигнал от кварцево- го генератора – математически его можно описать следующим уравне- нием [1–3]: , где V 0 – амплитуда сигнала, ν 0 – номинальная частота, ε ( t ) – случайные изменения ампли- туды (амплитудный шум), φ ( t ) – случайные изменения фазы (фазовый шум). Графически это можно представить в виде нескольких периодов сигнала, наложенных друг на друга. В идеальном генераторе амплитуд- ный ε ( t ) и фазовый φ ( t ) шумы должны быть равны 0. Но в любом реальном генераторе они всегда присутствуют и могут быть обнаружены в выход- ном сигнале. В основном нас будет интересовать фазовый шум, кото- рый и вызывает отклонение часто- ты от номинального значения. Для измерения частоты всегда необхо- дим какой-то временной интервал. Этот интервал обычно называется временем наблюдения или усред- нения [2]. При измерении частоты счётчиками частоты этот интервал обычно называют временем счёта. Ниже показан график относитель- ного изменения частоты кварцевого генератора, полученный счётчиком частоты HP53132 с установленным временем счёта 0,1 с. Основной мерой кратковременной нестабильности является двухвыбо- рочная стандартная девиация (девиа- ция Аллана) [1–3]. Вычисляется она сле- дующим образом: , где – относительное изменение частоты за время наблюдения τ , Рис. 1. Долговременная и кратковременная стабильность кварцевых генераторов Рис. 2. Сигнал кварцевого генератора