Современная электроника №5/2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 пературную стабильность ±1·10 –9 в стоградусном интервале. То есть при изменении температуры на 1 о С ста- бильность такого генератора ориенти- ровочно будет равна ±1·10 –11 . Измене- ния на десятые доли градуса достаточно для того, чтобы наблюдать нестабиль- ность в 10 –12 знаках. Чтобы перейти к стабильности в 10 –13 …10 –14 , нужно максимально ниве- лировать влияние температуры при эксплуатации и измерении. Генера- торы с лучшей температурной ста- бильностью также могут и обеспечить меньшие величины кратковременной нестабильности. В таких генераторах уже применяется двойное термоста- тирование, а также дополнительные меры по уменьшению чувствительно- сти к динамическим изменениям внеш- них условий. Конечно, это увеличивает габариты и потребление генератора [6]. В качестве примера можно привести два наших генератора: ГК341 и ГК336. ГК341 – это генератор с одинарным термостатированием, он обеспечивает температурную стабильность ±1·10 –9 и имеет габариты 50 × 50 × 16 мм. Девиация Аллана за 1 секунду для такого генера- тора может достигать 1,5·10 –13 . Конечно, это достигается при соответствующих условиях эксплуатации. Незначитель- ные изменения температуры способ- ны ухудшить стабильность генерато- ра. ГК336 – это генератор с двойным термостатированием, при этом в каче- стве внутренней ступени в нём исполь- зуется тот же ГК341. Его габаритные размеры уже 92 × 80 × 50 мм, зато и тем- пературная стабильность может дости- гать ±1·10 –11 . Большие габариты внеш- ней ступени термостата позволяют обеспечить хороший температурный демпфер. Такой генератор может обе- спечить девиацию Аллана за 1 секунду на уровне 8·10 –14 . И конечно, он гораз- до более устойчив к изменению тем- пературы. Как уже было отмечено, старение кварцевого резонатора сильно сказы- вается при увеличении времени наблю- дения. Вообще, старение очень силь- но зависит от того, сколько генератор был выключен до этого. Ниже показа- ны характерные кривые суточной ста- бильности в зависимости от времени выключения генератора (рис. 7). Так, чтобы обеспечить стабильность 1·10 –10 за сутки после выключения на 2 дня, генератору нужно будет про- работать 4 дня. Большой уход часто- ты сразу после включения начинает сказываться уже при времени наблю- дения в несколько секунд. Чтобы показывать кратковременную неста- бильность в 10 –13 и тем более в 10 –14 , генераторам обязательно нужно дать поработать в течение нескольких часов, а лучше обеспечить постоян- ный режим работы таких генерато- ров в аппаратуре. Также стоит обратить внимание на зависимость стабильности от управ- ления частотой генератора. Генера- тор без возможности перестройки частоты будет обладать большей ста- бильностью, чем с ней. В таком гене- раторе отсутствуют цепи управления частотой с варикапом, который вно- сит собственные шумы. Наш самый ста- бильный на сегодняшний день генера- тор ГК336R без перестройки частоты может обеспечить девиацию Аллана за 1 секунду, равную 8·10 –14 , и темпе- ратурную стабильность ±1·10 –11 . Воз- можность управления частотой сра- зу ухудшит эти показатели до 1·10 –13 и ±2·10 –11 соответственно. Управление частотой при необхо- димости может обеспечиваться либо аналоговой цепью, либо цифровой. Генераторы с цифровым управлением содержат внутри себя ЦАП, и управле- ние частотой осуществляется с помо- щью подачи кода. При таком вариан- те управления ухудшение стабильности минимально. Однако в моменты изме- нения кода управления неизбежно ухудшение кратковременной неста- бильности и фазовых шумов. В гене- раторах с аналоговым управлением для приведения частоты генератора к номиналу на вход управления необ- ходимо подать управляющее напряже- ние. На земляном выводе генератора возникает падение напряжения, зави- сящее от протекающего тока нагрева- тельных транзисторов термостата, и при таком подключении оно попада- ет в цепь управления и ухудшает темпе- ратурную и кратковременную стабиль- ность частоты. Для уменьшения этого влияния необходимо уменьшить сопро- тивление (длину) общей цепи проте- кающих токов питания генератора и цепи управления. Кардинальным спо- собом является использование разных земель. Но такой путь снижает уни- фикацию генераторов и накладывает достаточно серьёзные ограничения на схемотехнику оборудования. При этом всё равно остаются дополнительные источники шумов в цепи управления, например, такие как термоэлектриче- ский эффект [6]. Одной из перспективных возможно- стей увеличения стабильности являет- ся применение в аппаратуре генерато- ров с большим допуском по точности настройки (отклонением от номиналь- ной частоты). В большинстве случаев Рис. 6. Схема конструкции термостатированного генератора Рис. 7. Типовое время выхода прецизионных генераторов на разные нормы по суточному старению от времени в выключенном состоянии