Crystal Oscillators  晶振,晶體振蕩器

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(shù)  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為振蕩器使用，是基于它的壓電效應：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)可達到的穩(wěn)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(wěn)定度要求 典型應用             振蕩器類型
±0.2ppm           電信傳輸設備的時鐘基準           OCXO
±0.2～±0.5ppm 電信傳輸設備的Stratum 3時鐘基準    OCXO,帶模擬集成電路的TCXO
±0.5～±1.0ppm **無線電設備,E-911蜂窩電話定位 帶模擬集成電路的TCXO
±1.0～±2.5ppm 移動無線電設備(例如應急通信設備) 帶模擬集成電路的TCXO
±2.5～±10ppm     移動電話 帶電熱調節(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指標:
1）標稱頻率
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）負載變化頻率穩(wěn)定度
10）溫度頻率穩(wěn)定度
11）負載能力
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SPXO（Simple 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主要技術指標定義的IEC標準

1）標稱頻率（Nominal frequency）
   振蕩器標明的工作頻率。
2）中心頻率偏差 (Frequency accuracy)
   在基準點溫度環(huán)境（25 ± 2 ℃ ）和中心控制電壓時，測得的頻率值與標稱頻率的偏差。
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(guī)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(guī)定值。
      調整的方式：
      3）調節(jié)方式有機械調節(jié)和電壓調節(jié)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：用來調節(jié)頻率的電壓的可調范圍。常見的有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候，壓控極性為正極性，反之為負極性。
    4）線性度：理想的壓控電壓和頻率變化量的關系是線性的， 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)壓后的精準的電壓供壓控電壓用， 這個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：
  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兩類輸出。
     負載（Load）、占空比（Duty cycle）、上升/下降時間（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(wěn)定度 (Frequency stability over temp.)
   其它條件不變時，由于振蕩器工作在規(guī)定的溫度范圍內引起的相對于基準溫度時的頻率偏移。
9）負載變化頻率穩(wěn)定度 (Frequency stability Vs voltage+/-5% )
   其它條件不變時，由于負載阻抗在規(guī)定范圍內變化引起的相對于規(guī)定的負載條件時的頻率偏移。
10）電源變化頻率穩(wěn)定度 (Frequency stability Vs Load+/-10% )
    其它條件不變時，由于電源電壓在規(guī)定范圍內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 , long term stability)
    振蕩器頻率與時間之間的關系。
    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期變化造成的，可以用規(guī)定時間間隔內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。
       又稱為日老化率、長穩(wěn)等。
12）短期頻率穩(wěn)定度(Short term stability)
      振蕩器短時間內的頻率隨機起伏程度。
    注: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
    注: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：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.

溫補晶振