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晶振的分类及其主要参数

晶振晶体振荡器的简称。晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片),石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振;而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

晶振的分类及其主要参数

晶振有着不同使用要求及特点,通分为以下几类:普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量,交流电压应无瞬变过程。测试仪器应有足够的精度,连线合理布置,将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。

  晶振的分类

根据晶振的功能和实现技术的不同,可以将晶振分为以下四类:

  (1) 恒温晶体振荡器(以下简称OCXO)

这类型晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术,将晶体置于恒温槽内,通过设置恒温工作点,使槽体保持恒温状态,在一定范围内不受外界温度影响,达到稳定输出频率的效果。这类晶振主要用于各种类型的通信设备,包括交换机、SDH传输设备、移动通信直放机、GPS接收机、电台、数字电视及军工设备等领域。根据用户需要,该类型晶振可以带压控引脚。OCXO的工作原理如下图3所示:

晶振的分类及其主要参数

图3恒温晶体振荡器原理框图

OCXO的主要优点是,由于采用了恒温槽技术,频率温度特性在所有类型晶振中是最好的,由于电路设计精密,其短稳和相位噪声都较好。主要缺点是功耗大、体积大,需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。我公司生产的此类晶振的典型指标如下:

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  (2) 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)。

其对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段,主要原理是通过感应环境温度,将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率,达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿,随着补偿技术的发展,很多数字化补偿大TCXO开始出现,这种数字化补偿的TCXO又叫DTCXO,用单片机进行补偿时我们称之为MCXO,由于采用了数字化技术,这一类型的晶振再温度特性上达到了很高的精度,并且能够适应更宽的工作温度范围,主要应用于军工领域和使用环境恶劣的场合。在广大研发人员的共同努力下,我公司自主开发出了高精度的MCXO,其设计原理和在世界范围都是领先的,配以高度自动化的生产测试系统,其月产可以达到5000只,其设计原理如图4。

晶振的分类及其主要参数

图4 MCXO数字温补晶振原理框图

这类型晶振的典型的应用指标如下:

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  (3) 普通晶体振荡器(SPXO)

这是一种简单的晶体振荡器,通常称为钟振,其工作原理为图3中去除“压控”、“温度补偿”和“AGC”部分,完全是由晶体的自由振荡完成。这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。

  (4) 压控晶体振荡器(VCXO)

这是根据晶振是否带压控功能来分类,带压控输入引脚的一类晶振叫VCXO,以上三种类型的晶振都可以带压控端口。

  晶振的主要参数

  1、频率准确度:

在标称电源电压、标称负载阻抗、基准温度(25℃)以及其他条件保持不变,晶体振荡器的频率相对与其规定标称值的最大允许偏差,即(fmax-fmin)/f0;

  2、温度稳定度:

其他条件保持不变,在规定温度范围内晶体振荡器输出频率的最大变化量相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频偏值,即(fmax-fmin)/(fmax+fmin);

  3、频率调节范围:

通过调节晶振的某可变元件改变输出频率的范围。

  4、调频(压控)特性:

包括调频频偏、调频灵敏度、调频线性度。

①调频频偏:压控晶体振荡器控制电压由标称的最大值变化到最小值时输出频率差。

②调频灵敏度:压控晶体振荡器变化单位外加控制电压所引起的输出频率的变化量。

③调频线性度:是一种与理想直线(最小二乘法)相比较的调制系统传输特性的量度。

  5、负载特性:

其他条件保持不变,负载在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称负载下的输出频率的最大允许频偏。

  6、电压特性:

其他条件保持不变,电源电压在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称电源电压下的输出频率的最大允许频偏。

  7、杂波:

输出信号中与主频无谐波(副谐波除外)关系的离散频谱分量与主频的功率比,用dBc表示。

  8、谐波:

谐波分量功率Pi与载波功率P0之比,用dBc表示。

  9、频率老化:

在规定的环境条件下,由于元件(主要是石英谐振器)老化而引起的输出频率随时间的系统漂移过程。通常用某一时间间隔内的频差来量度。对于高稳定晶振,由于输出频率在较长的工作时间内呈近似线性的单方向漂移,往往用老化率(单位时间内的相对频率变化)来量度。

  10、日波动:

指振荡器经过规定的预热时间后,每隔一小时测量一次,连续测量24小时,将测试数据按S=(fmax-fmin)/f0式计算,得到日波动。

  11、开机特性:

在规定的预热时间内,振荡器频率值的最大变化,用V=(fmax-fmin)/f0表示。

  12、相位噪声:

短期稳定度的频域量度。用单边带噪声与载波噪声之比£(f)表示,£;(f)与噪声起伏的频谱密度Sφ(f)和频率起伏的频谱密度Sy(f)直接相关,由下式表示:

f2S(f)=f02Sy(f)=2f2£;(f)

f—傅立叶频率或偏离载波频率;f0—载波频率。

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