Advances in Development of Quartz Crystal Oscillators at Liquid Helium Temperatures

This work presents some recent results in the field of liquid helium {bulk acoustic wave} oscillators. The discussion covers the whole development procedure starting from component selection and characterization and concluding with actual phase noise measurements. The associated problems and limitations are discussed. The unique features of obtained phase noise power spectral densities are explained with a proposed extension of the Leeson effect.Comment: Cryogenics, 201

Volume Dependence in Handel's Model of Quartz Crystal Resonator Noise

International audienceAlthough criticized by many, Handel's quantum model for 1/f noise remains the only model giving a quantitative estimation of the level of intrinsic 1/f noise in quartz crystal resonators that is compatible with the best experimental results. In this paper, we reconsider the volume dependence in this model. We first argue that an acoustic volume, representing the volume in which the vibration energy is trapped, should be used instead of the geometrical volume between the electrodes. Then, we show that because there is an implicit dependence of the quality factor of the resonator with its thickness, the net effect of Handel's formula is not an increase of noise proportionally to the thickness of the resonator, as could be naïvely expected, but a net decrease when thickness increases. Finally, we show that a plot of Q4Sy versus the acoustic volume, instead of the usual Sy plot, could be useful to compare the quality of acoustic resonators having very different resonance frequencies

Evaluation des potentialités des matériaux du type langasite pour la réalisation d'oscillateurs ultra-stables.<br />Etude et réalisation préliminaires d'un oscillateur cryogénique.

The present work is focused on improvement of ultra stable sources of frequencies over short averaging times (typically less than one minute). To do this, two-ways of investigations were selected: - The first one deals with material capabilities of the langasite (LGS) family. A quality factor (Q) classification of LGS and langatate (LGT) materials according to their origin was confirmed. The first prototypes of bulk acoustic waves (BAW) resonators have been made in a high-Q LGT crystal. In this connection, a specific manufacturing process was developed. Oscillator electronics and thermal packaging adapted to the characteristics of these resonators have been designed. Finally, these first prototypes of oscillators have been characterized in terms of time-domain stability and in terms of aging.- The second topic deals with the set-up of an experimental system. This system allows cooling of oscillators equipped with bulk acoustic waves (BAW) resonators at temperatures below that of liquid helium (4.2 K). For that, quartz resonators of SC and LD cuts, and LGT crystal of Y cuts have been characterized at low temperatures. Systematic measurements have revealed outstanding Q-factor coefficients for specific modes of vibration. Furthermore, different models of transistors have been tested and one of them has been modeled at cryogenic temperature. Then, two prototypes of oscillators equipped with SC cut resonators have been developed and tested at low temperatures. Results of this work give the first characterization of stability in the time-domain of such cryogenic oscillators.Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'amélioration des sources ultra-stables de fréquences dans le domaine des temps courts (typiquement inferieurs à une minute). Deux voies d'investigations ont été explorées : - La première concerne l'évaluation des potentialités des matériaux de la famille de la langasite (LGS). Une classification des coefficients de qualité (Q) des matériaux LGS et langatate (LGT) en fonction de leurs provenances a été mise en évidence. Les premiers prototypes de résonateurs à ondes de volume ont été réalisés dans un cristal de LGT à fort Q. A cette occasion un procédé de fabrication spécifique a été mis au point. Une électronique d'oscillateur et un packaging thermique adaptés aux caractéristiques de ces résonateurs ont été développés. Enfin, ces premiers prototypes d'oscillateurs ont été caractérisés en terme de stabilité temporelle et de vieillissement.- La seconde voie exploratoire concerne la mise en place d'un ensemble expérimental permettant la réfrigération d'oscillateurs à résonateurs à ondes de volume à des températures inférieures à celles de l'hélium liquide (4,2K). Pour cela, des résonateurs en quartz de coupe SC et LD, et en LGT de coupe Y, ont été caractérisés à basses températures. Une campagne de mesures systématiques a révélé des coefficients de qualité exceptionnels pour certains modes de vibration. Par ailleurs, différents modèles de transistors ont été testés et l'une des références testées a été modélisée simplement, à température cryogénique. Deux premiers prototypes d'oscillateurs à résonateur à quartz de coupe SC ont été développés puis testés à basses températures. Il en résulte les toutes premières caractérisations en terme de stabilité temporelle

Etude et amélioration du bruit des résonateurs ultra-stables BAW

National audienc

Evaluation des potentialités des matériaux du type langasite pour la réalisation d'oscillateurs ultra-stables ( étude et réalisation préliminaires d'un oscillateur cryogénique)

BESANCON-BU Sciences Staps (250562103) / SudocSudocFranceF

TP d’électrotechnique : onduleur triphasé 24 volts

Cet article présente la mise en place d’une séance de travaux pratiques d’électrotechnique portant sur la mise en oeuvre d’un onduleur triphasé 24 volts et de son moteur asynchrone triphasé associé. Cette manipulation est mise à disposition à des élèves de 2ème année d’école d’ingénieur dans le parcours Electronique Automatique Optique (EAO). Le logiciel Pspice est utilisé pour simuler l’interface de commande de la manipulation. Les commentaires des élèves pour une année d’expériences sont analysés

MEASUREMENT OF FIRST LANGATATE OSCILLATORS IMPROVED BY AN ORIGINAL SIMULATING METHOD

International audienc

Coupled modes in plano-convex bulk acoustic wave quartz plates resonators

International audienc

Ultra-stable digitally controlled oven

International audienceThis paper describes design and characterization of a digitally controlled double oven system. This allows setting the turnover point of crystal oscillators automatically. Developed for metrological purposes of active phase noise measurements, this type of thermostat with a crystal oscillator is an ultra-stable digitally controlled oven crystal oscillator

Objet Connecté Personnel : ObCP

Cet article présente la réalisation d’un Objet Connecté Personnel (ObCP) dans le cadre d’une formation ingénieur consacrée à la conception et réalisation d’objets connectés. Les étudiants réalisent leur ObCP en début de formation, l’utilisent pour réaliser leur projet d’option et le conservent à l’issue de la formation. L’ObCP est une carte basée sur un microcontrôleur STM32F411RE et un connecteur de carte additionnelle compatible arduino