СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-3

В ВЕДЕНИЕ Напротяжениивсегопериодасущест вования кварцевой стабилизации час тоты основной задачей являлось по вышение стабильности частоты ге нераторов. Однако в последнее время, благодаря расширению областей ис пользования кварцевых генераторов и быстромуразвитиюразличныхпровод ныхибеспроводныхсистемсвязи, опре деляющимисталитакиетребования, как существенное снижение уровня шумов, повышение частоты, уменьшение вре мени готовности и энергопотребления, уменьшение габаритовприсохранении необходимой стабильности частоты. В значительной степени решить эту задачупозволяетпереходот традицион ногообъёмноготермостатаккварцевым резонаторам термостатам(КРТ), у кото рых термостатируется только пьезоэле мент, помещённый в вакуумированный корпус. Генераторы на основе КРТ име ют в несколько раз меньшие габариты тепловой системы, низкую потребляе мую мощность как в режиме разогрева, так и в стационарном режиме, и мень шеевремяразогреватермостатадорабо ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2011 Высокостабильные миниатюрные и сверхминиатюрные кварцевые генераторы Анатолий Куталев (Омск) В статье рассмотрены особенности построения и характеристики миниатюрных и сверхминиатюрных высокостабильных генераторов на основе кварцевых резонаторов термостатов, разработанных в Омском НИИ приборостроения в период с 1990 по 2010 гг. чей температуры. Совершенствование КРТпозволилообеспечитьстабильность частоты ишумовые характеристики ге нераторов, сравнимыеилидажепревос ходящие таковые у генераторов тради ционной конструкции. Основные эта пы развития и принципы построения генераторов на основе КРТ можно про следить на примере разработок ФГУП ОНИИП в течение 1990–2010 гг. Г ЕНЕРАТОРЫ НА ОСНОВЕ КРТ В СТЕКЛЯННЫХ БАЛЛОНАХ В конце 1980 х годов был разработан кварцевый резонатор термостат для использования в высокостабильных опорных генераторах аппаратуры КВ связи IVпоколения [1]. Отличием этого резонатора от предыдущих конструк ций является то, что в вакуумирован ном стеклянном баллоне диаметром 19 мм установлены прецизионный кварцевый резонатор, камера тепла, датчик температуры и нагреватель. Температурная нестабильность час тотыКРТ составляла менее 5 × 10 –9 в ди апазоне –60…70 ° С при мощности по требления в нормальных условиях ме нее 100 мВт. Время установления час тоты с точностью1 × 10 –7 при мощнос ти форсированного разогрева 1,5 Вт не превышало 3 мин. Наоснове этогорезонатора былираз работаны и выпускаются в настоящее время кварцевые генераторы «Гладио лус», «Астра» и «Астра М» на частоты 8…15 МГц и генераторы «Пион» на час тоты50…130МГц. Генераторывыполне ны с применением унифицированных конструктивных решений и отличают ся электрическими схемами и типом пьезоэлемента. Благодаряоптимизации режима работыкварцевого резонатора в схемеиоптимизациипараметров тер морегулятора генераторы отличаются очень низким уровнем фазового шума. В связи с разработкой аппаратуры связи V поколения, переходом на но вуюконструктивнуюбазу, применени ем поверхностного монтажа появился ряд новых требований к генераторам, в томчисле, необходимость дальнейшей миниатюризации при сохранении вы соких требований к стабильности час тоты [2]. Для решения этой задачи в 1998 г. был разработан кварцевый гене ратор «Георгин», имеющий суммарную нестабильность частотыменее ±5 × 10 –8 , уровень фазового шума –160 дБ/Гц, время готовности не более 15 с, объём 12 см 3 при высоте корпуса менее 12мм. В генераторе использован кварцевый резонатор термостат в стеклянном бал лоне диаметром 10 мм. Малые размеры корпуса потребовали существенногоиз менения конструкцииКРТ. Применение принципа перераспределения мощнос типозволилообеспечить быстрыйразо греврезонаторадорабочейтемпературы, высокуютемпературнуюстабильность и низкийуровеньшумовгенераторавблизи несущей. Время установления частоты с точностью 1 × 10 –7 для серийных образ цовКРТнаходитсявпределахот8до12с внормальныхусловиях.Выпускаютсява риантыгенератора снапряжениемпита ния12В(М32008)и5В(М23011). Г ЕНЕРАТОРЫ НА ОСНОВЕ КРТ В МЕТАЛЛОСТЕКЛЯННЫХ КОРПУСАХ Использование металлостеклянных корпусов позволяет устранить многие Технические характеристики кварцевых генераторов серии «Топаз» Параметр М32019 М33007 М34001 Частота, МГц 8 13 50 10 Старение после 30 суток непрерывной работы, не более: за сутки за год ±5 × 10 –10 ±5 × 10 –8 ±5 × 10 –7 ±2 × 10 –7 Фазовый шум, дБ/Гц (не более) при отстройке 1 Гц 10 Гц 100 Гц 1000 Гц 10 000 Гц –80 –120 –145 –155 –160 – –95 –120 –150 –155 – –90 –120 –150 –155 Диапазон рабочей температуры –40…70°С –40…70°С –40…55°С Отклонение частоты в интервале рабочей температуры, не более ±5 × 10 –8 ±2 × 10 –7 ±2 × 10 –7 КНЧ (Allen variance) за 1 с <5 × 10 –12 <5 × 10 –11 <5 × 10 –11 Выходное напряжение 500 мВ (50 Ом) 300 мВ (50 Ом) КМОП Время установления частоты с точностью <1 × 10 –7 , не более 15 с (25°С) 40 с (–40°С) 15 с (25°С) 40 с (–40°С) 5 с (25°С) 15 с (–40°С) Напряжение питания, В 5,0 5,0 5,0 Потребляемая мощность в режиме разогрева, Вт 0,8 0,8 0,5 Потребляемая мощность, Вт: стационарная в НУ при минимальной температуре 0,12 0,3 0,12 0,3 0,08 0,2 Габариты, мм 22,5 × 12,7 × 7 © СТА-ПРЕСС