时钟晶振应用无线电和数字网络同步模块的意义
古时候人们将一天的时间拆分成十二个时辰,一时辰等于现代的两小时,周而复始无限循环,计量时间流逝的设备有很多种,例如我们身边的智能手机,手表,电脑等智能电子产品。它们的时钟信号来源于内部电板上的时钟晶振,用专业术语来说叫做频率控制元器件,品质稳定,精准度高的时钟晶振可以使时间计量数值精确到秒,从上个世纪开始,石英晶体的用处以很快的速度扩展,进入21世纪之后晶体和晶体振荡器都成为各大领域不可缺少的一种常用电子元件。
精确的时间对于精确导航至关重要。从历史上看,导航一直是人类寻求更好时钟的主要动力。即使在古代,也可以通过观察恒星的位置来测量纬度。然而,为了确定经度,问题变成了时间问题。由于地球在24小时内进行一次旋转,人们可以确定当地时间(由太阳位置确定)与格林威治子午线时间(由时钟确定)之间的时间差来确定经度:经度以度数=(360度/24小时)xt以小时计。在1714年,英国政府向第一个人提供了20,000英镑的奖励,以生产一个时钟,最终确定船舶的经度为30海里六周航程(即每天三秒的时钟精度)。英国人约翰哈里森在1735年因其天文台发明而赢得了比赛。
今天的电子导航系统仍然需要更高的精度。由于电磁波每微秒行进300米,例如,如果船舶的定时误差为1毫秒,将导致300千米的导航误差。在全球定位系统(GPS)中,卫星中的原子钟和接收器中的石英晶体振荡器提供纳秒级精度。由此产生的(全球)导航精度约为10米。
商用双向无线电:
从历史上看,随着商用双向无线电用户数量的增加,信道间隔已经缩小,必须分配更高频谱以满足需求。较窄的信道间隔和较高的工作频率使发送器和接收器的频率容差更严格。1940年,当只使用几千个商用广播发射机时,500ppm容差就足够了。如今,数百万台蜂窝电话(工作在800MHz以上频段)的振荡器必须保持2.5ppm及更高的频率容差。896-901MHz和935-940MHz移动无线电频段要求基站的频率容差为0.1ppm,移动台的频率容差为1.5ppm。
容纳更多用户的需求将继续需要越来越高的频率精度。例如,用于个人卫星通信系统的NASA概念将使用类似步话机的手持终端,30GHz上行链路,20GHz下行链路和10kHz信道间隔。终端的晶振频率精度要求是108中的几个部分。
模拟信号的数字处理
数字网络同步:
同步在数字电信系统中起着关键作用。它确保以最小的缓冲区溢出或下溢事件执行信息传输,即具有可接受的“滑动”级别。滑动导致问题,例如,传真传输中的线路丢失,语音传输中的点击,安全语音传输中的加密密钥丢失以及数据重传。例如,在AT&T的网络中,定时沿着节点的层次分布。在包含时钟的节点对之间建立定时源-接收器关系。时钟有四种类型,分为四个“层级”。
PLL和PSK系统中的相位噪声:
当使用相移键控(PSK)数字调制时,石英振荡器的相位噪声可能导致相变的错误检测,即比特误差。例如,在数字通信中,使用8相PSK时,最大相位容差为±22.5o,其中±7.5o是典型的允许载波噪声贡献。由于相位偏差的统计特性,例如,如果RMS相位偏差为1.5o,超过±7.5o相位偏差的概率为6X10-7,这可能导致误差率很大,一些应用。
即使在“低噪声”振荡器中,冲击和振动也会产生大的相位偏差。此外,当振荡器的频率乘以N时,相位偏差也乘以N.例如,10MHz处的10-3弧度的相位偏差在10GHz处变为1弧度。这种大的相位偏移对于系统的性能可能是灾难性的,例如依赖于锁相环(PLL)或相移键控(PSK)的系统的性能。低噪声,加速度不敏感的振荡器在此类应用中至关重要。
实用故障定位:
当发生故障时,例如,当“运动员”射出绝缘体时,扰动沿着线传播。故障的位置可以根据到达最近变电站的时间差异来确定:
其中x=故障与变电站A的距离,L=A至B线路长度,c=光速,ta和tb分别是A和B处扰动的到达时间。故障定位器错误=Xerror=1/2(c△Terror);因此,如果△Terror是1微秒,那么xerror是150米£1/2的高压塔间距,因此,公用事业公司可以直接派遣维修人员到最靠近故障的塔。
有人说晶振可以发展起来和无线电密不可分,也有人说无线电的应用也是多得有石英晶振才得以顺利,在我看来两者之间是相辅相成的,无线电本身就是一种应用广泛的电磁波,衍生出来的无线电对讲机,无线电台,无线电通讯等设备,在一些重要项目中起很大的作用。而数字网络同步模块的产品就更多了,32.768K晶振本身就是一种时钟晶体,用于时钟,计时,定时,数字显示,网络基本时钟,网络同步最适合不过了。