|
一、石英晶體諧振器:
A、主要指標
1.頻率 f
2.頻率公差
3.切型 AT BT SC
4.泛音次數 基頻 三次泛音 五次泛音 七次泛音
5.電阻 Rr RL
6.負載電容 CL
7.靜電容 Co
8.動(dòng)態(tài)電容 C1
9.電容比 r =Co / C1
10.頻率牽移 Ts ( ppm / pF )
11.Q值
12.DLD
13.老化
14.寄生抑制
15.頻率溫度特性（F-T）
B、有源晶振與無(wú)源晶振
石英晶片之所以能當為振蕩器使用，是基于它的壓電效應：在晶片的兩個(gè)極上加一電場(chǎng),會(huì )使晶體產(chǎn)生機械變形；在石英晶片上加上交變電壓，晶體就會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng)，同時(shí)機械
變形振動(dòng)又會(huì )產(chǎn)生交變電場(chǎng)，雖然這種交變電場(chǎng)的電壓極其微弱，但其振動(dòng)頻率是十分穩定的。當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時(shí)，機械振動(dòng)的
幅度將急劇增加，這種現象稱(chēng)為“壓電諧振”。
在電子學(xué)上，通常將含有晶體管元件的電路稱(chēng)作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱(chēng)作“無(wú)源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類(lèi)型。無(wú)源晶振與有源晶振的英文名稱(chēng)不同，無(wú)源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無(wú)源晶振是有2個(gè)引腳的無(wú)極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無(wú)法振蕩起來(lái)，所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準確；有源晶振有4只引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。
二、晶體振蕩器:
A、晶體振蕩器是一種時(shí)間/頻率器件，由晶體諧振器和振蕩電路組成。
B、晶體振蕩器的分類(lèi):
按照其功能類(lèi)型可分為四種：
SPXO 簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器
VCXO 電壓控制晶體振蕩器
TCXO 溫度控制晶體振蕩器 溫度補償晶體振蕩器
OCXO 恒溫晶體振蕩器 溫度控制晶體振蕩器
C、常規批量生產(chǎn)可達到的穩定度：
SPXO VCXO TCXO OCXO
0 to 70℃ 10 ppm 10 ppm 0.1 ppm 0.005 ppm
-20 to 70℃ 25 ppm 25 ppm 0.3 ppm 0.01 ppm
-40 to 85℃ 30 ppm 30 ppm 0.5 ppm 0.03 ppm
-55 to 125℃ 50 ppm 50 ppm 1.0 ppm N/A
工作溫度范圍內的穩定度要求 典型應用 振蕩器類(lèi)型
±0.2ppm 電信傳輸設備的時(shí)鐘基準 OCXO
±0.2～±0.5ppm 電信傳輸設備的Stratum 3時(shí)鐘基準 OCXO,帶模擬集成電路的TCXO
±0.5～±1.0ppm 軍用無(wú)線(xiàn)電設備,E-911蜂窩電話(huà)定位器 帶模擬集成電路的TCXO
±1.0～±2.5ppm 移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電設備(例如應急通信設備) 帶模擬集成電路的TCXO
±2.5～±10ppm 移動(dòng)電話(huà) 帶電熱調節的TCXO
±10～±20ppm 傳真機 TCXO,VCXO,SPXO
> ±20ppm 計算機時(shí)鐘信號源 SPXO/XO
D、晶體振蕩器主要技術(shù)指標:
1）標稱(chēng)頻率
2）中心頻率偏差
3）頻率調整范圍（機械或壓控）
4）工作溫度范圍
5）壓控特性（電壓范圍、極性、線(xiàn)性度、壓控輸入阻抗）
6）輸出波形（正弦波； 方波：上升/下降沿時(shí)間、占空比、高/低電平）
7）工作電流、功耗
8）電壓變化頻率穩定度
9）負載變化頻率穩定度
10）溫度頻率穩定度
11）負載能力
12）頻率老化（長(cháng)期頻率穩定度）
13）短期頻率穩定度
14）相位噪聲
15）開(kāi)機特性
E、晶體振蕩器-SPXO:
簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器，沒(méi)有電壓控制和溫度補償，頻率溫度特性取決于晶體單元，
稱(chēng)為SPXO（Simple Packaged Crystal Oscillator ）或時(shí)鐘（Clock）。
F、溫度補償晶體振蕩器-TCXO:
1.直接溫度補償晶體振蕩器
2.間接溫度補償晶體振蕩器
G、恒溫晶體振蕩器 - OCXO
近年來(lái)，由于技術(shù)的發(fā)展，OCXO多采用功率器件直接加熱的方法，只有一些指標要求很高的OCXO才使用恒溫槽。
H、OCXO主要技術(shù)指標定義的IEC標準
1）標稱(chēng)頻率（Nominal frequency）
振蕩器標明的工作頻率。
2）中心頻率偏差 (Frequency accuracy)
在基準點(diǎn)溫度環(huán)境（25 ± 2 ℃ ）和中心控制電壓時(shí)，測得的頻率值與標稱(chēng)頻率的偏差。
3）頻率調諧范圍（Frequency adjustment range）
用某種可變元件使振蕩器頻率能夠改變的頻率范圍。
注：調整的目的：
1）把頻率調到規定調整范圍內的任一特定值。
2）由于老化和其它條件變化而引起頻率偏移后，能夠把振蕩器頻率修正到規定值。
調整的方式：
3）調節方式有機械調節和電壓調節兩種
4）可變元件通常指變容二極管、多圈電位器等。
4）工作溫度范圍 (Operating temp. range)
振蕩器能夠正常工作，其頻率及其它輸出信號性能均不超過(guò)規定的允許偏差的溫度范圍。
注：1）工作溫度范圍的下限越低，振蕩器功耗越大，同時(shí)頻率溫度穩定度越難實(shí)現。
2）工作溫度范圍的上限越高，晶體拐點(diǎn)設置越高， 晶體成本上升越多。
5）壓控特性（電壓范圍、極性、線(xiàn)性、壓控輸入阻抗）
當控制電壓變化時(shí)，引起的振蕩器輸出的頻率、波形特征等電特性的變化。
注：1）電壓范圍：用來(lái)調節頻率的電壓的可調范圍。常見(jiàn)的有0～3.3V, 0.3～3.0V, 0～ 5V, 0.5～4.5V等。
2）壓控范圍：壓控電壓在電壓范圍內變化的時(shí)候，振蕩器的頻率能夠變化的范圍。
3）極性：當振蕩器的頻率隨壓控電壓的增加而增加的時(shí)候，壓控極性為正極性，反之為負極性。
4）線(xiàn)性度：理想的壓控電壓和頻率變化量的關(guān)系是線(xiàn)性的， 但實(shí)際上總會(huì )有所偏差， 這個(gè)偏差就是
表征理想程度的壓控線(xiàn)性度， 通常用百分比表示。
5）如果系統不能給出穩定的電壓信號， 或者對輸出頻率有嚴格的控制要求時(shí)， 通常振蕩器可以自己給
出經(jīng)過(guò)穩壓后的精準的電壓供壓控電壓用， 這個(gè)精準的電壓就是參考電壓。
6）輸出波形（Output waveform） 正弦: 負載能力
方波: 上升沿時(shí)間、下降沿時(shí)間、占空比、高/低電平
振蕩器工作時(shí)輸出的波形及波形的具體特性。
注：常見(jiàn)輸出波形及輸出特性指標：
1）正弦波（Sine）：諧波抑制（Harmonic attenuation）、
雜波抑制（Noise attenuation ）、負載（Load）、輸出幅度（Output level）。
2）削峰正弦波（Clipping Sine）：負載（Load）、輸出幅度（Output level）。
3）方波（Square）：又分為MOS和TTL兩類(lèi)輸出。
負載（Load）、占空比（Duty cycle）、上升/下降時(shí)間（Rise/fall time）、
高低電平（“1” and “0” level）。
7）工作電流、功耗 (Input current, power consumption)
8）頻率溫度穩定度 (Frequency stability over temp.)
其它條件不變時(shí)，由于振蕩器工作在規定的溫度范圍內引起的相對于基準溫度時(shí)的頻率偏移。
9）負載變化頻率穩定度 (Frequency stability Vs voltage+/-5% )
其它條件不變時(shí)，由于負載阻抗在規定范圍內變化引起的相對于規定的負載條件時(shí)的頻率偏移。
10）電源變化頻率穩定度 (Frequency stability Vs Load+/-10% )
其它條件不變時(shí)，由于電源電壓在規定范圍內變化引起的相對于規定的電源電壓時(shí)的頻率偏移。
11）老化率（長(cháng)期頻率穩定度）(Aging , long term stability)
振蕩器頻率與時(shí)間之間的關(guān)系。
注: 這種頻率漂移是石英晶體或/和電路中的其它元器件的長(cháng)期變化造成的，可以用規定時(shí)間間隔內平均頻率的相對變化來(lái)表示。
頻率老化是不可避免的。同時(shí)方向可能為正也可能為負。
又稱(chēng)為日老化率、長(cháng)穩等。
12）短期頻率穩定度(Short term stability)
振蕩器短時(shí)間內的頻率隨機起伏程度。
注:以秒為單位，又稱(chēng)為秒基穩定度、秒穩、短穩等。
13）相位噪聲(Phase noise)
振蕩器短期頻率穩定度的頻域量度，通常用相應起伏功率譜密度SΨ(f) 表示，其中相位起伏函數為Ψ(f)=2πFt-2πF0t
注:抖動(dòng)是振蕩器短期頻率穩定度的時(shí)域量度，實(shí)際上和相位噪聲都是頻率短期穩定度的一種度量方式。
14)其他指標：功耗,開(kāi)機特性,重現性,可工作溫度范圍,抗機械沖擊性能,抗電脈沖沖擊性能,存儲溫度范圍,
重力加速度頻率穩定度,恒溫報警,三態(tài)控制
TCXO Temperature Compensated Crystal Oscillators 溫補晶振 TCVCXO TemperatureCompensatedVoltageControlled Oscillators 溫補壓控晶振
|
