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石英晶體諧振器

日期:2025-12-13 04:42
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摘要:晶體,晶振,石英晶體諧振器,晶體振蕩器 一、石英晶體諧振器 A、主要指標(biāo) 1.頻率 f 2.頻率公差 3.切型 AT BT SC 4.泛音次數(shù) 基頻 三次泛音 五次泛音 七次泛音 5.電阻 Rr RL 6.負(fù)載電容 CL 7.靜電容 Co 8.動態(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、有源晶振與無源晶振 石英晶片之所以能當(dāng)為振蕩器使用,是基于它的壓電效應(yīng):在晶片的兩個極上加一電場, 會使...
晶體,晶振,石英晶體諧振器,晶體振蕩器

一、石英晶體諧振器
A
、主要指標(biāo)
1.
頻率 f        
2.
頻率公差   
3.
切型 AT BT SC      
4.
泛音次數(shù)  基頻  三次泛音 五次泛音 七次泛音   
5.
電阻 Rr RL     
6.
負(fù)載電容  CL
7.
靜電容  Co   
8.
動態(tài)電容 C1 
9.
電容比 r =Co / C1  
10.
頻率牽移 Ts ( ppm / pF ) 
11.Q

12.DLD  
13.
老化 
14.
寄生抑制 
15.
頻率溫度特性(F-T
 

B、有源晶振與無源晶振
  
石英晶片之所以能當(dāng)為振蕩器使用,是基于它的壓電效應(yīng):在晶片的兩個極上加一電場,
會使晶體產(chǎn)生機械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會產(chǎn)生機械振動,同時機械
變形振動又會產(chǎn)生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動頻率是十分穩(wěn)定的。當(dāng)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,機械振動的幅度將急劇增加,這種現(xiàn)象稱為“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作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號,自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準(zhǔn)確;有源晶振有4只引腳,是一個完整的振蕩器,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:

按照其功能類型可分為四種:
SPXO 
簡單封裝晶體振蕩器
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(guī)批量生產(chǎn)可達(dá)到的穩(wěn)定度:
                SPXO      VCXO     TCXO        OCXO
 0 to 70     10ppm    10 ppm   0.1ppm     0.005ppm
-20 to 70    25ppm    25 ppm   0.3ppm     0.01 ppm
-40 to 85    30ppm    30 ppm   0.5ppm     0.03 ppm
-55 to 125   50ppm    50 ppm   1.0ppm      N/A

 

工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定度要求 典型應(yīng)用            振蕩器類型
±0.2ppm          電信傳輸設(shè)備的時鐘基準(zhǔn)          OCXO
±0.2~±0.5ppm 電信傳輸設(shè)備的Stratum3時鐘基準(zhǔn)   OCXO,帶模擬集成電路的TCXO
±0.5~±1.0ppm **無線電設(shè)備,E-911蜂窩電話定位帶模擬集成電路的TCXO
±1.0~±2.5ppm 移動無線電設(shè)備(例如應(yīng)急通信設(shè)備帶模擬集成電路的TCXO
±2.5~±10ppm    移動電話 帶電熱調(diào)節(jié)的TCXO
±10~±20ppm     傳真機 TCXO,VCXO,SPXO   
    >
±20ppm   計算機時鐘信號源 SPXO/XO

D、晶體振蕩器主要技術(shù)指標(biāo):
1
)標(biāo)稱頻率
2
)中心頻率偏差
3
)頻率調(diào)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、線性度、壓控輸入阻抗)
6
)輸出波形(正弦波; 方波:上升/下降沿時間、占空比、高/低電平)
7
)工作電流、功耗
8
)電壓變化頻率穩(wěn)定度
9
)負(fù)載變化頻率穩(wěn)定度
10
)溫度頻率穩(wěn)定度
11
)負(fù)載能力
12
)頻率老化(長期頻率穩(wěn)定度)
13
)短期頻率穩(wěn)定度
14
)相位噪聲
15
)開機特性

E、晶體振蕩器-SPXO:
簡單封裝晶體振蕩器,沒有電壓控制和溫度補償,頻率溫度特性取決于晶體單元,
稱為SPXOSimple Packaged Crystal Oscillator )或時鐘(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,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(biāo)要求很高的OCXO才使用恒溫槽。

 

HOCXO主要技術(shù)指標(biāo)定義的IEC標(biāo)準(zhǔn)

1
)標(biāo)稱頻率(Nominalfrequency
  
振蕩器標(biāo)明的工作頻率。
2
)中心頻率偏差 (Frequency accuracy)
  
在基準(zhǔn)點溫度環(huán)境(25±2 )和中心控制電壓時,測得的頻率值與標(biāo)稱頻率的偏差。
3
)頻率調(diào)諧范圍(Frequencyadjustmentrange
  
用某種可變元件使振蕩器頻率能夠改變的頻率范圍。
  
注:調(diào)整的目的:
     1
)把頻率調(diào)到規(guī)定調(diào)整范圍內(nèi)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(guī)定值。
     
調(diào)整的方式:
      3
)調(diào)節(jié)方式有機械調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)兩種
     4
)可變元件通常指變?nèi)荻O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規(guī)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,同時頻率溫度穩(wěn)定度越難實現(xiàn)。
     2
)工作溫度范圍的上限越高,晶體拐點設(shè)置越高,晶體成本上升越多。
5
)壓控特性(電壓范圍、極性、線性、壓控輸入阻抗)
當(dāng)控制電壓變化時,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:用來調(diào)節(jié)頻率的電壓的可調(diào)范圍。常見的有03.3V, 0.33.0V,05V, 0.54.5V等。 
   2
)壓控范圍:壓控電壓在電壓范圍內(nèi)變化的時候,振蕩器的頻率能夠變化的范圍。
   3
)極性:當(dāng)振蕩器的頻率隨壓控電壓的增加而增加的時候,壓控極性為正極性,反之為負(fù)極性。
   4
)線性度:理想的壓控電壓和頻率變化量的關(guān)系是線性的,但實際上總會有所偏差,這個偏差就是
      
表征理想程度的壓控線性度,通常用百分比表示。
   5
)如果系統(tǒng)不能給出穩(wěn)定的電壓信號,或者對輸出頻率有嚴(yán)格的控制要求時,通常振蕩器可以自己給
      
出經(jīng)過穩(wěn)壓后的精準(zhǔn)的電壓供壓控電壓用,這個精準(zhǔn)的電壓就是參考電壓。
6
)輸出波形(Output waveform    正弦: 負(fù)載能力
  
方波:上升沿時間、下降沿時間、占空比、高/低電平
振蕩器工作時輸出的波形及波形的具體特性。
注:常見輸出波形及輸出特性指標(biāo):
  1
)正弦波(Sine):諧波抑制(Harmonic attenuation)、
    
雜波抑制(Noiseattenuation )、負(fù)載(Load)、輸出幅度(Outputlevel)。
  2
)削峰正弦波(ClippingSine):負(fù)載(Load)、輸出幅度(Outputlevel)。
  3
)方波(Square):又分為MOSTTL兩類輸出。
    
負(fù)載(Load)、占空比(Dutycycle)、上升/下降時間(Rise/falltime)、
    
高低電平(“1and0level)。
7
)工作電流、功耗 (Inputcurrent,powerconsumption)
8
)頻率溫度穩(wěn)定度 (Frequencystabilityovertemp.)
  
其它條件不變時,由于振蕩器工作在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)引起的相對于基準(zhǔn)溫度時的頻率偏移。
9
)負(fù)載變化頻率穩(wěn)定度 (FrequencystabilityVsvoltage+/-5% )
  
其它條件不變時,由于負(fù)載阻抗在規(guī)定范圍內(nèi)變化引起的相對于規(guī)定的負(fù)載條件時的頻率偏移。
10
)電源變化頻率穩(wěn)定度 (FrequencystabilityVsLoad+/-10% )
   
其它條件不變時,由于電源電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化引起的相對于規(guī)定的電源電壓時的頻率偏移。
11
)老化率(長期頻率穩(wěn)定度)(Aging ,longtermstability)
   
振蕩器頻率與時間之間的關(guān)系。
   
:這種頻率漂移是石英晶體或/和電路中的其它元器件的長期變化造成的,可以用規(guī)定時間間隔內(nèi)平均頻率的相對變化來表示。
      
頻率老化是不可避免的。同時方向可能為正也可能為負(fù)。
      
又稱為日老化率、長穩(wěn)等。
12
)短期頻率穩(wěn)定度(Short term stability)
     
振蕩器短時間內(nèi)的頻率隨機起伏程度。
   
:以秒為單位,又稱為秒基穩(wěn)定度、秒穩(wěn)、短穩(wěn)等。
13
)相位噪聲(Phase noise)
   
振蕩器短期頻率穩(wěn)定度的頻域量度,通常用相應(yīng)起伏功率譜密度SΨ(f) 表示,其中相位起伏函數(shù)為Ψ(f)=2πFt-2πF0t
   
:抖動是振蕩器短期頻率穩(wěn)定度的時域量度,實際上和相位噪聲都是頻率短期穩(wěn)定度的一種度量方式。
14)
其他指標(biāo):功耗,開機特性,重現(xiàn)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(wěn)定度,恒溫報警,三態(tài)控制石英晶體諧振器石英晶體諧振器石英晶體諧振器.

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