晶体应根底知识
石英晶体振荡器高精度高稳定度振荡器广泛应彩电计算机遥控器等类振荡电路中通信系统中频率发生器数处理设备产生时钟信号特定系统提供基准信号
石英晶体振荡器根原理
1石英晶体振荡器结构
石英晶体振荡器利石英晶体〔二氧化硅结晶体〕压电效应制成种谐振器件根构成致：块石英晶体定方位角切薄片〔简称晶片正方形矩形圆形等〕两应面涂敷银层作电极电极焊根引线接脚 加封装外壳构成石英晶体谐振器简称石英晶体晶体晶振产品般金属外壳封装玻璃壳陶瓷塑料封装
2压电效应
假设石英晶体两电极加电场晶片会产生机械变形反假设晶片两侧施加机械压力晶片相应方产生电场种物理现象称压电效应果晶片两极加交变电压晶片会产生机械振动时晶片机械振动会产生交变电场般情况晶片机械振动振幅交变电场振幅非常微外加交变电压频率某特定值时振幅明显加频率振幅种现象称压电谐振LC回路谐振现象十分相似谐振频率晶片切割方式形状尺寸等关
3符号等效电路
石英晶体谐振器符号等效电路图2示晶体振动时成板电容器称静电电容C晶片尺寸电极面积关般约PF十PF晶体振荡时机械振动惯性电感L等效般L值十mH 百mH晶片弹性电容C等效C值般00002～01pF晶片振动时摩擦造成损耗R等效数值约100Ω晶片等效电感CR回路品质数Q达1000～10000加晶片身谐振频率根晶片切割方式形状尺寸关做精确利石英谐振器组成振荡电路获高频率稳定度
4谐振频率
石英晶体谐振器等效电路知两谐振频率〔1〕LCR支路发生串联谐振时等效阻抗〔等R〕串联揩振频率fs表示石英晶体串联揩振频率fs呈纯阻性〔2〕频率高fs时LCR支路呈感性电容C发生联谐振联频率fd表示
根石英晶体等效电路定性画出电抗—频率特性曲线图2e示见频率低串联谐振频率fs者频率高联揩振频率fd时石英晶体呈容性仅fs＜f＜fd极窄范围石英晶体呈感性
二石英晶体振荡器类型特点
石英晶体振荡器品质素极高石英晶体振子〔谐振器振荡电路组成晶体品质切割取晶体振子结构电路形式等决定振荡器性国际电工委员会〔IEC〕石英晶体振荡器分4类：普通晶体振荡〔SPXO〕电压控制式晶体振荡器〔VCXO〕温度补偿式晶体振荡〔TCXO〕恒温控制式晶体振荡〔OCXO〕目前开展中数字补偿式晶体振荡器〔DCXO〕等
普通晶体振荡器〔SPXO〕产生10^(5)～10^(4)量级频率精度标准频率1—100MHZ频率稳定度±100ppmSPXO没采温度频率补偿措施价格低廉通常作微处理器时钟器件封装尺寸范围21×14×6mm5×32×15mm
电压控制式晶体振荡器〔VCXO〕精度10^(6)～10^(5)量级频率范围1~30MHz低容差振荡器频率稳定度±50ppm通常锁相环路封装尺寸14×10×3mm
温度补偿式晶体振荡器〔TCXO〕采温度敏感器件进行温度频率补偿频率精度达10^(7)～10^(6)量级频率范围1—60MHz频率稳定度±1～±25ppm封装尺寸30×30×15mm114×96×39mm通常手持 蜂窝 双线通信设备等
恒温控制式晶体振荡器〔OCXO〕晶体振荡电路置恒温箱中消环境温度变化频率影响OCXO频率精度10^(10)10^(8)量级某特殊应甚达更高频率稳定度四种类型振荡器中高
三石英晶体振荡器参数
晶振参数标称频率负载电容频率精度频率稳定度等晶振标称频率标称频率标明晶振外壳常普通晶振标称频率：48kHz500 kHz5035 kHz1MHz～4050 MHz等特殊求晶振频率达1000 MHz没标称频率CRBZTBJa等系列负载电容指晶振两条引线连接IC块部外部效电容作晶振片电路中串接电容负载频率决定振荡器振荡频率标称频率相晶振负载电容定相石英晶体振荡器两谐振频率串联揩振晶振低负载电容晶振：联揩振晶振高负载电容晶振标称频率相晶振互换时必须求负载电容致然互换否会造成电器工作正常频率精度频率稳定度：普通晶振性根达般电器求高档设备需定频率精度频率稳定度频率精度10^(4)量级10^(10)量级等稳定度±1±100ppm等根具体设备需选择适宜晶振通信网络线数传输等系统需更高求石英晶体振荡器晶振参数决定晶振品质性实际应中根具体求选择适晶振性晶振价格求越高价格越贵般选择满足求
四石英晶体振荡器开展趋势
1型化薄片化片式化：满足移动 代表便携式产品轻薄短求石英晶体振荡器封装传统裸金属外壳覆塑料金属陶瓷封装转变例TCXO类器件体积缩30～100倍采SMD封装TCXO厚度缺乏2mm目前5×3mm尺寸器件已市
2高精度高稳定度目前补偿式晶体振荡器总精度达±25ppmVCXO频率稳定度10～70℃范围般达±20～100ppmOCXO温度范围频率稳定度般±00001～5ppmVCXO控制±25ppm
3低噪声高频化GPS通信系统中允许频率颤抖相位噪声表征振荡器频率颤抖重参数目前OCXO流产品相位噪声性改善VCXO外类型晶体振荡器高输出频率超200MHz例GSM等移动 UCV4系列压控振荡器频率650～1700 MHz电源电压22～33V工作电流8～10mA
4低功快速启动低电压工作低电驱动低电流消耗已成趋势电源电压般33V目前许TCXOVCXO产品电流损耗超2 mA石英晶体振荡器快速启动技术取突破性进展例日精工生产VG—2320SC型VCXO±01ppm规定值范围条件频率稳定时间4ms日东京陶瓷公司生产SMD TCXO振荡启动4ms达额定值90OAK公司10～25 MHzOCXO产品预热5分钟达±001 ppm稳定度
五石英晶体振荡器应
1石英钟走时准耗电省久耐优点老式石英钟新式功石英钟石英晶体振荡器核心电路频率精度决定电子钟表走时精度石英晶体振荡器原理示意图3示中V1V2构成CMOS反相器石英晶体Q振荡电容C1微调电容C2构成振荡系统里石英晶体相电感振荡系统元件参数确定振频率般QC1C2均外接元件外R1反应电阻R2振荡稳定电阻集成电路部法通改变C1C2数值调整走时精度时加接电容C方法改变振荡系统参数调整走时精度根电子钟表走时快慢调整电容两种接法：假设走时偏快石英晶体两端接电容C图4示时系统总电容加振荡频率变低走时减慢假设走时偏慢晶体支路中串接电容C图5示时系统总电容减振荡频率变高走时增快耐心反复试验调整走时精度晶振时钟信号发生器
2着电视技术开展彩电采500kHz503 kHz晶体振荡器作行场电路振荡源13分频 15625Hz行频稳定性性提高面晶振价格廉价更换容易
3通信系统产品中石英晶体振荡器价值更广泛表达时更快开展许高性石英晶振应通信网络线数传输高速数字数传输等
晶体谐振器简介
石英晶体原理介绍：
（） 石英晶体工作原理：
1． 压电效应：
某晶体特定方施加压应力作时晶体产生形变时产生电极化极化强度压力成正称正压电效应反电场作晶体产生应变应变场强成正称负压电效应压电效应原理：外力作晶格变形引起正负电荷中心离产生施加应力时方产生脉电流取消时相反方产生
2．稳频原理：
石英晶片弹性体固频率时压电体外加电场交变频率石英晶片固频率相接时负压电效应石英晶片产生机械谐振时振幅阻抗电流假设外加交变电场频率偏离石英晶片固频率时阻抗迅速增电流迅速减稳频(频率选择)作
5．谐振等效工作电路：
石英晶片电极架封装成压电谐振器外加电场交变频率石英晶片固频率相接外加电压角频率ω等石英机械振动固谐振角频率ω时(取决石英晶体尺寸切型)晶片产生机械谐振弹性振动通压电效应路相耦合效果等L1C1R1串联臂C0联组成谐振回路时机械振动幅度相应晶体外表产生电荷量外电路中电流
（二） 石英晶体：
1． 石英晶体谐振器回路：
振荡电路中石英晶体谐振器作电感负载电容构成实质LC振荡电路电路称哈特莱电路
振荡电路起振条件
电路相应构成
1
正反应条件：相位角360O产生正反应回路
振荡电路哈特莱电路
2
起振时放器放倍数>1
反应回路谐振器作电感负载电容构成LC路
3
选频网络
选频元件谐振器
4
非线性元器件组成限幅电路
负阻抗R
第起振条件中谐振回路理想矩形存均匀性具定频带信号作回路时回路电流回路端电压频率失真(通频带范围产生频率失真认允许)样回路电流端电压频率分量产生相位移成线性关系防止产生相位失真谐振回路相频特性特性仅仅谐振器条件关振荡电路身关
2． 负载电容特性：
(1) 谐振器工作频率范围：
(2) 串联时L1C1电抗值相等符号相反Fs(12π)*(L1*C1)12FsFp间阴影区谐振器方表现感性组成振荡回路
(3) 振荡电路等效电路负阻抗R电容CL构成CL石英晶体谐振器两端振荡器效电容量通常称负载电容
(4) FsFp间间隔代表石英谐振器调带宽通CL晶体工作FsFp间
某点谐振器区域呈现感性谐振器负载串联FLFS{1+[C1(C0+C1)]}
3鼓励功率赖性
鼓励功率偏时信噪降谐振器易起振短期稳定性性降鼓励功率偏时谐振器中晶片温度升频率稳定度降鼓励功率偏引起机械形变超弹性限度晶格产生永久位移甚产生振时阻抗升温度频差温度阻抗稳定半导体回路需正常工作鼓励功率日益减般言谐振器鼓励功率01mw佳
着鼓励功率升谐振器频率断升
4寄生响应
石英谐振器寄生响应〔振频率外非需频率〕寄生响应频率值高振频率振幅振频率寄生响应公式AnwIg(RNWRr)表示谐振器言通常寄生响应求36DB滤波器求40DB求特殊技术参数包括具C1值
着频率升泛音次数增加寄生响应减
应晶体谐振器时应匹配电容进行确认般IC厂家会出典型电路时出晶体规格负载求杂散电容影响会造成频率漂移相位稳定晶体做出相应更改前进行匹配测试注意点：
1 鼓励功率确实定电路中IC提供晶体鼓励直接影响晶体工作稳定性鼓励会导致晶体振破坏蒸镀电极蒸发频率漂移晶体损坏
2 正确电容值确实定保证精确频率输出
3 负性阻抗测试果负阻晶体谐振阻抗偏会造成晶体难起振工作稳定负阻少晶体谐振阻抗510倍
注：应晶体谐振器时应生产厂家规格进行确认般IC厂家会出典型电路时出晶体规格负载求杂散电容影响会造成频率漂移相位稳定晶体做出相应更改前进行匹配测试注意点：
4 鼓励功率确实定电路中IC提供晶体鼓励直接影响晶体工作稳定性鼓励会导致晶体振破坏蒸镀电极蒸发频率漂移晶体损坏高频鼓励晶体应考虑泛音晶体
5 正确电容值确实定保证精确频率输出
6 负性阻抗测试果负阻晶体谐振阻抗偏会造成晶体难起振工作稳定负阻少晶体谐振阻抗510倍
解天编程振荡器
容 知道功应令您更迅捷评估选适宜编程振荡器
加速产品开发周期追求准时生产时代定时切设计工程师工程开发工程师说没什事情花六星期等样机部件更令恼怒许更糟紧张生产程中缺少关键部件部件恰晶体振荡器
说编程振荡器特点分钟定置频率种种型号全部搞定〞器件诱惑力想知单途部件代库存百种部件方式设计者承包加工厂事批量生产电子公司带巨灵活性创造出潜节约效果
切实行实现编程振荡器代固定频率元件出现象种新兴技术样编程振荡器历成长磨难致性问题困扰整整第代设计产品1998年家厂商风风火火推出第二代编程振荡器高抖动噪声敏感应中失败
幸亏关编程振荡器性指责完全符合实际掉特例现编程振荡器满足数样机需适合数生产应解容助位工程师充分享编程振荡器拥时交货时间优势保证默默连续工作
抖动困扰降
编程振荡器类项技术标准固定频率器件相匹敌抖动〔相位噪声〕例外编程器件抖动部份源编程程者更具体说源编程算法
算法中法时抖动值突然显著增抖动编程算法设置特定频率时系数然振荡器输出频率算法中通常需法需法法加抖动通编程算法法系数减编程器件相位噪声做传统固定频率器件接晶体振荡器电路产生抖动
SaRonix公司已标准类似编程程保证编程振荡器件产品具稳定致性——样具重意义Sa Ronix公司通采动设计流程保证相编程算法相输出频率部件
样技术进步现电路采编程振荡元件——甚通信设备某电路中例XDSL调制解调器然振荡器影响抖动敏感通信链路块电路板振荡器驱动DSP芯片芯片完全受抖动影响
身研制周期短编程振荡器保证设计方案期完成日程灵活性批量条件固定频率器件然拟廉价方面进行样机生产时编程器件固定频率器件廉价
精明战略制造样机时候设计采编程器件验证电路时编程振荡器作生产备部件着设计评价完成量生产特定固定频率器件供批量
编程器件实现种高效益保险策略解决生产中关键部件短缺问题编程振荡器较短研制周期生产部门量订购通常固定频率元件前先采办代部件样需支付额外费生产期限迫时迅速补充标准部件行
然编程振荡器件完全取代固定频率振荡器编程概念肯定足够优点半导体生产商振荡器生产公司会放弃理相信性价格代代改善
伴着抖动特性改善价格进步降低新优点会编程器件更吸引力种节电休眠模式——赖电池移动设备关重——已出现供现货产品目录特性诸频率范围扩展编程双路输出路输出更选择范围输出驱动特性提高生产设计灵活性
理智态度应该编程振荡器否场合起作抱成见方面确定编程振荡器什方效发挥作应该特注意电路中应进行设计时候判断应抖动敏感时选定编程振荡器种方式助工程师限度发挥编程振荡器长处实现初选初衷
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器利石英晶体谐振器作滤波元件构成振荡器振荡频率石英晶体谐振器决定LC谐振回路相石英晶体谐振器具高标准性极高品质数石英晶体振荡器具较高频率稳定度采高精度稳频措施石英晶体振荡器达104~109频率稳定度
． 石英晶体振荡器频率稳定度
石英晶体振荡器获高频率稳定度第2章知石英晶体谐振器般谐振回路相具优良特性具体表现：
（1） 石英晶体谐振器具高标准性石英晶体振荡器振荡频率石英晶体谐振器谐振频率决定石英晶体串联谐振频率fq取决晶片尺寸石英晶体物理性化学性十分稳定尺寸受外界条件温度湿度等影响等效电路LqCq值稳定fq稳定
（2） 石英晶体谐振器源器件接入系数p般103~104减弱源器件极间电容等参数外电路中稳定素石英晶体振荡器决定频率振荡系统影响
（3） 石英晶体谐振器具非常高Q值Q值般104~106Q值仅百数量级普通LC回路相Q值极高维持振荡频率稳定变力极强
二． 晶体振荡器电路
晶体振荡器电路类型根晶体电路中作晶体振荡器两类：联型晶体振荡器串联型晶体振荡器联型晶体振荡器中晶体起等效电感作电抗元件组成决定频率联谐振回路晶体相连晶体阻抗频率特性知联型晶体振荡器振荡频率石英晶体谐振器fqfp间串联型晶体振荡器中振荡器工作邻fq处晶体低阻抗接入电路晶体起选频短路线作两类电路利基频晶体泛音晶体
1． 联型晶体振荡器
图1示出种典型晶体振荡器电路振荡器频率晶体串联谐振频率联谐振频率间时晶体呈感性该电路满足三端式振荡器组成原该电路电容反应振荡器应通常称皮尔斯振荡器C3起微调振荡频率作时起减晶体晶体间耦合作C1C2回路局部反应电路
皮尔斯振荡器工作频率应C1C2C3晶体构成回路决定晶体电抗Xe外部电容相等条件决定设外部电容CL
式〔1〕
图
式〔2〕
式〔1〕图形表示图2情形图中两交点晶体串联频率ωq附ω1稳定工作点ω1ωq时图2电抗Xe忽略晶体损耗时晶体电抗接振荡频率f1等包括联电容CL联谐振频率CL实际晶体静电容联引入等效接入系数p’
式(3)
前面联谐振频率公式
式(4)
式见改变CL微调振荡频率通常电路中C3≤C1C2CLC3决定实际电路中晶体串电容C3微调振荡频率通常晶体制造厂家便利户联型电路晶体规定标准负载电容CL振荡频率调整晶体标称频率兆赫兹十兆赫兹范围般CL规定30Pf
反应系数F
式〔5〕
晶体品质数Qq高联谐振电阻R0高然接入系数p较等效晶体CE两端阻抗RL较高放器增益较高电路容易满足振幅起振条件图3联型晶体振荡器实际电路适宜工作频率范围085~15MHz
图4示出种联型晶体振荡器电路该电路晶体接基极发射极间晶体呈现感性该电路满足三端式振荡器组成原电路类似电感反应振荡器称密勒振荡器晶体晶体低输入阻抗联降低载品质数QL密勒振荡器频率稳定度较低
皮尔斯振荡器频率稳定度密勒振荡器高实际应晶体振荡器皮尔斯振荡器频率较高时采泛音晶体构成图5出种应泛音晶体构成皮尔斯振荡电路图中LC1构成联谐振回路破坏基频低次泛音相位条件振荡器工作设定泛音频率电路需工作5次泛音频率应LC1构成联回路谐振频率低5次泛音频率高抑制3次泛音频率样低工作频率低泛音频率说LC1联回路呈现感性满足三端式振荡器组成原电路振荡工作需5次泛音时LC1联回路呈现容性满足三端式组成原电路工作需注意联型晶体振荡器电路工作泛音太高般357次高泛音振荡时接入系数降低等效晶体输出端负载电阻降放器增益减振荡器停振
图6场效应晶体联型振荡器线路晶体等效成感性构成等效电容反应振荡器
2．串联型晶体振荡器
串联型晶体振荡器中晶体接振荡器求低阻抗两点间通常接反应电路中图7示出串联型晶体振荡器实际线路等效电路图见果晶体短路该电路电容反应振荡器电路工作原理：回路谐振频率等晶体串联谐振频率时晶体阻抗似短路线电路满足相位条件振幅条件正常工作回路谐振频率距串联谐振频率较远时晶体阻抗增反应减弱电路满足振幅条件电路工作串联型晶体振荡器工作频率等晶体串联谐振频率 需外加负载电容CL通常种晶体标明负载电容穷实际制作中假设fq误差通回路调谐微调
串联型晶体振荡器适应高次泛音工作晶体起控制频率作回路没影响电路正常工作输出幅度受晶体控制
3．考前须知
石英晶体谐振器时应注意点：
〔1〕石英晶体谐振器标称频率出厂前石英晶体谐振器接定负载电容条件测定实际时必须外加负载电容微调获标称频率保持晶振高稳定性负载电容应采精度较高微调电容
〔2〕石英晶体谐振器鼓励电应规定范围高鼓励功率会石英晶体谐振器部温度升高石英晶片老化效应频率漂移增严重时会晶片机械振动损坏
〔3〕联型晶体振荡器中石英晶体起等效电感作假设作容抗石英晶片失效时石英谐振器支架电容存线路满足振荡条件振荡石英晶体谐振器失稳频作
〔4〕晶体振荡器中块晶体稳定频率求波段中选择许频率时采取电路措施频率合成器块晶体许稳定频率
三． 高稳定晶体振荡器
前面介绍联串联型晶体振荡器频率稳定度般达105量级假设更高稳定度信号需般晶体振荡器根底采取专门措施制作
影响晶体振荡器频率稳定度素然温度电源电压负载变化中温度影响
减温度变化晶体频率振荡频率影响方法采温度系数低晶体晶片目前兆赫兹十兆赫兹范围广泛采AT切片具温度特性图8示图见〔20~70〕℃正常工作温度范围相频率变化5×106〔50~55〕℃温度范围接0温度系数〔处拐点约52℃处〕效方法保持晶体关电路恒定温度环境中工作采恒温装置恒温温度晶片拐点温度处温度控制越精确稳定度越高
图9种恒温晶体振荡器组成框图两局部组成：晶体振荡器恒温控制电路
图9中虚框表示恒温槽绝热容器晶体安放槽中恒温原理槽感温电阻〔温敏电阻〕作电桥臂温度等需某温度〔拐点温度〕时电桥输出直流电压放加热电阻丝加热维持衡温度环境温度变化槽温偏离原温度时通感温电阻变化改变加热电阻电流减少槽温变化图中动增益控制〔AGC〕起振幅稳定作时振荡器振幅稳定晶体鼓励电变晶体频率稳定目前恒温控制晶体振荡器已制成标准部件供户恒温晶体振荡器频率稳定度达107~109
恒温控制晶体振荡器频率稳定度高存着电路复杂体积重量重等缺点应受定限制频率稳定度求十分高希电路简单体积耗电省场合常采温度补偿晶体振荡器图示RT温敏电阻环境温度改变时晶体频率温度变化振荡器频率温度变化温度改变时温敏电阻改变加变容偏置电压改变变容电容变化补偿晶体频率变化整振荡器频率温度变化较高频率稳定度需说明整工作温度范围实现温度补偿补偿电路复杂温度补偿晶体振荡器频率稳定度达105~106
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石英晶体振荡器高精度高稳定度振荡器广泛应彩电计算机遥控器等类振荡电路中通信系统中频率发生器数处理设备产生时钟信号特定系统提供基准信号
石英晶体振荡器根原理
1石英晶体振荡器结构
石英晶体振荡器利石英晶体〔二氧化硅结晶体〕压电效应制成种谐振器件根构成致：块石英晶体定方位角切薄片〔简称晶片正方形矩形圆形等〕两应面涂敷银层作电极电极焊根引线接脚 加封装外壳构成石英晶体谐振器简称石英晶体晶体晶振产品般金属外壳封装玻璃壳陶瓷塑料封装
2压电效应
假设石英晶体两电极加电场晶片会产生机械变形反假设晶片两侧施加机械压力晶片相应方产生电场种物理现象称压电效应果晶片两极加交变电压晶片会产生机械振动时晶片机械振动会产生交变电场般情况晶片机械振动振幅交变电场振幅非常微外加交变电压频率某特定值时振幅明显加频率振幅种现象称压电谐振LC回路谐振现象十分相似谐振频率晶片切割方式形状尺寸等关
3符号等效电路
石英晶体谐振器符号等效电路图2示晶体振动时成板电容器称静电电容C晶片尺寸电极面积关般约PF十PF晶体振荡时机械振动惯性电感L等效般L值十mH 百mH晶片弹性电容C等效C值般00002～01pF晶片振动时摩擦造成损耗R等效数值约100Ω晶片等效电感CR回路品质数Q达1000～10000加晶片身谐振频率根晶片切割方式形状尺寸关做精确利石英谐振器组成振荡电路获高频率稳定度
4谐振频率
石英晶体谐振器等效电路知两谐振频率〔1〕LCR支路发生串联谐振时等效阻抗〔等R〕串联揩振频率fs表示石英晶体串联揩振频率fs呈纯阻性〔2〕频率高fs时LCR支路呈感性电容C发生联谐振联频率fd表示
根石英晶体等效电路定性画出电抗—频率特性曲线图2e示见频率低串联谐振频率fs者频率高联揩振频率fd时石英晶体呈容性仅fs＜f＜fd极窄范围石英晶体呈感性
二石英晶体振荡器类型特点
石英晶体振荡器品质素极高石英晶体振子〔谐振器振荡电路组成晶体品质切割取晶体振子结构电路形式等决定振荡器性国际电工委员会〔IEC〕石英晶体振荡器分4类：普通晶体振荡〔SPXO〕电压控制式晶体振荡器〔VCXO〕温度补偿式晶体振荡〔TCXO〕恒温控制式晶体振荡〔OCXO〕目前开展中数字补偿式晶体振荡器〔DCXO〕等
普通晶体振荡器〔SPXO〕产生10^(5)～10^(4)量级频率精度标准频率1—100MHZ频率稳定度±100ppmSPXO没采温度频率补偿措施价格低廉通常作微处理器时钟器件封装尺寸范围21×14×6mm5×32×15mm
电压控制式晶体振荡器〔VCXO〕精度10^(6)～10^(5)量级频率范围1~30MHz低容差振荡器频率稳定度±50ppm通常锁相环路封装尺寸14×10×3mm
温度补偿式晶体振荡器〔TCXO〕采温度敏感器件进行温度频率补偿频率精度达10^(7)～10^(6)量级频率范围1—60MHz频率稳定度±1～±25ppm封装尺寸30×30×15mm114×96×39mm通常手持 蜂窝 双线通信设备等
恒温控制式晶体振荡器〔OCXO〕晶体振荡电路置恒温箱中消环境温度变化频率影响OCXO频率精度10^(10)10^(8)量级某特殊应甚达更高频率稳定度四种类型振荡器中高
三石英晶体振荡器参数
晶振参数标称频率负载电容频率精度频率稳定度等晶振标称频率标称频率标明晶振外壳常普通晶振标称频率：48kHz500 kHz5035 kHz1MHz～4050 MHz等特殊求晶振频率达1000 MHz没标称频率CRBZTBJa等系列负载电容指晶振两条引线连接IC块部外部效电容作晶振片电路中串接电容负载频率决定振荡器振荡频率标称频率相晶振负载电容定相石英晶体振荡器两谐振频率串联揩振晶振低负载电容晶振：联揩振晶振高负载电容晶振标称频率相晶振互换时必须求负载电容致然互换否会造成电器工作正常频率精度频率稳定度：普通晶振性根达般电器求高档设备需定频率精度频率稳定度频率精度10^(4)量级10^(10)量级等稳定度±1±100ppm等根具体设备需选择适宜晶振通信网络线数传输等系统需更高求石英晶体振荡器晶振参数决定晶振品质性实际应中根具体求选择适晶振性晶振价格求越高价格越贵般选择满足求
四石英晶体振荡器开展趋势
1型化薄片化片式化：满足移动 代表便携式产品轻薄短求石英晶体振荡器封装传统裸金属外壳覆塑料金属陶瓷封装转变例TCXO类器件体积缩30～100倍采SMD封装TCXO厚度缺乏2mm目前5×3mm尺寸器件已市
2高精度高稳定度目前补偿式晶体振荡器总精度达±25ppmVCXO频率稳定度10～70℃范围般达±20～100ppmOCXO温度范围频率稳定度般±00001～5ppmVCXO控制±25ppm
3低噪声高频化GPS通信系统中允许频率颤抖相位噪声表征振荡器频率颤抖重参数目前OCXO流产品相位噪声性改善VCXO外类型晶体振荡器高输出频率超200MHz例GSM等移动 UCV4系列压控振荡器频率650～1700 MHz电源电压22～33V工作电流8～10mA
4低功快速启动低电压工作低电驱动低电流消耗已成趋势电源电压般33V目前许TCXOVCXO产品电流损耗超2 mA石英晶体振荡器快速启动技术取突破性进展例日精工生产VG—2320SC型VCXO±01ppm规定值范围条件频率稳定时间4ms日东京陶瓷公司生产SMD TCXO振荡启动4ms达额定值90OAK公司10～25 MHzOCXO产品预热5分钟达±001 ppm稳定度
五石英晶体振荡器应
1石英钟走时准耗电省久耐优点老式石英钟新式功石英钟石英晶体振荡器核心电路频率精度决定电子钟表走时精度石英晶体振荡器原理示意图3示中V1V2构成CMOS反相器石英晶体Q振荡电容C1微调电容C2构成振荡系统里石英晶体相电感振荡系统元件参数确定振频率般QC1C2均外接元件外R1反应电阻R2振荡稳定电阻集成电路部法通改变C1C2数值调整走时精度时加接电容C方法改变振荡系统参数调整走时精度根电子钟表走时快慢调整电容两种接法：假设走时偏快石英晶体两端接电容C图4示时系统总电容加振荡频率变低走时减慢假设走时偏慢晶体支路中串接电容C图5示时系统总电容减振荡频率变高走时增快耐心反复试验调整走时精度晶振时钟信号发生器
2着电视技术开展彩电采500kHz503 kHz晶体振荡器作行场电路振荡源13分频 15625Hz行频稳定性性提高面晶振价格廉价更换容易
3通信系统产品中石英晶体振荡器价值更广泛表达时更快开展许高性石英晶振应通信网络线数传输高速数字数传输等
晶体谐振器简介
石英晶体原理介绍：
（） 石英晶体工作原理：
1． 压电效应：
某晶体特定方施加压应力作时晶体产生形变时产生电极化极化强度压力成正称正压电效应反电场作晶体产生应变应变场强成正称负压电效应压电效应原理：外力作晶格变形引起正负电荷中心离产生施加应力时方产生脉电流取消时相反方产生
2．稳频原理：
石英晶片弹性体固频率时压电体外加电场交变频率石英晶片固频率相接时负压电效应石英晶片产生机械谐振时振幅阻抗电流假设外加交变电场频率偏离石英晶片固频率时阻抗迅速增电流迅速减稳频(频率选择)作
5．谐振等效工作电路：
石英晶片电极架封装成压电谐振器外加电场交变频率石英晶片固频率相接外加电压角频率ω等石英机械振动固谐振角频率ω时(取决石英晶体尺寸切型)晶片产生机械谐振弹性振动通压电效应路相耦合效果等L1C1R1串联臂C0联组成谐振回路时机械振动幅度相应晶体外表产生电荷量外电路中电流
（二） 石英晶体：
1． 石英晶体谐振器回路：
振荡电路中石英晶体谐振器作电感负载电容构成实质LC振荡电路电路称哈特莱电路
振荡电路起振条件
电路相应构成
1
正反应条件：相位角360O产生正反应回路
振荡电路哈特莱电路
2
起振时放器放倍数>1
反应回路谐振器作电感负载电容构成LC路
3
选频网络
选频元件谐振器
4
非线性元器件组成限幅电路
负阻抗R
第起振条件中谐振回路理想矩形存均匀性具定频带信号作回路时回路电流回路端电压频率失真(通频带范围产生频率失真认允许)样回路电流端电压频率分量产生相位移成线性关系防止产生相位失真谐振回路相频特性特性仅仅谐振器条件关振荡电路身关
2． 负载电容特性：
(1) 谐振器工作频率范围：
(2) 串联时L1C1电抗值相等符号相反Fs(12π)*(L1*C1)12FsFp间阴影区谐振器方表现感性组成振荡回路
(3) 振荡电路等效电路负阻抗R电容CL构成CL石英晶体谐振器两端振荡器效电容量通常称负载电容
(4) FsFp间间隔代表石英谐振器调带宽通CL晶体工作FsFp间
某点谐振器区域呈现感性谐振器负载串联FLFS{1+[C1(C0+C1)]}
3鼓励功率赖性
鼓励功率偏时信噪降谐振器易起振短期稳定性性降鼓励功率偏时谐振器中晶片温度升频率稳定度降鼓励功率偏引起机械形变超弹性限度晶格产生永久位移甚产生振时阻抗升温度频差温度阻抗稳定半导体回路需正常工作鼓励功率日益减般言谐振器鼓励功率01mw佳
着鼓励功率升谐振器频率断升
4寄生响应
石英谐振器寄生响应〔振频率外非需频率〕寄生响应频率值高振频率振幅振频率寄生响应公式AnwIg(RNWRr)表示谐振器言通常寄生响应求36DB滤波器求40DB求特殊技术参数包括具C1值
着频率升泛音次数增加寄生响应减
应晶体谐振器时应匹配电容进行确认般IC厂家会出典型电路时出晶体规格负载求杂散电容影响会造成频率漂移相位稳定晶体做出相应更改前进行匹配测试注意点：
1 鼓励功率确实定电路中IC提供晶体鼓励直接影响晶体工作稳定性鼓励会导致晶体振破坏蒸镀电极蒸发频率漂移晶体损坏
2 正确电容值确实定保证精确频率输出
3 负性阻抗测试果负阻晶体谐振阻抗偏会造成晶体难起振工作稳定负阻少晶体谐振阻抗510倍
注：应晶体谐振器时应生产厂家规格进行确认般IC厂家会出典型电路时出晶体规格负载求杂散电容影响会造成频率漂移相位稳定晶体做出相应更改前进行匹配测试注意点：
4 鼓励功率确实定电路中IC提供晶体鼓励直接影响晶体工作稳定性鼓励会导致晶体振破坏蒸镀电极蒸发频率漂移晶体损坏高频鼓励晶体应考虑泛音晶体
5 正确电容值确实定保证精确频率输出
6 负性阻抗测试果负阻晶体谐振阻抗偏会造成晶体难起振工作稳定负阻少晶体谐振阻抗510倍
解天编程振荡器
容 知道功应令您更迅捷评估选适宜编程振荡器
加速产品开发周期追求准时生产时代定时切设计工程师工程开发工程师说没什事情花六星期等样机部件更令恼怒许更糟紧张生产程中缺少关键部件部件恰晶体振荡器
说编程振荡器特点分钟定置频率种种型号全部搞定〞器件诱惑力想知单途部件代库存百种部件方式设计者承包加工厂事批量生产电子公司带巨灵活性创造出潜节约效果
切实行实现编程振荡器代固定频率元件出现象种新兴技术样编程振荡器历成长磨难致性问题困扰整整第代设计产品1998年家厂商风风火火推出第二代编程振荡器高抖动噪声敏感应中失败
幸亏关编程振荡器性指责完全符合实际掉特例现编程振荡器满足数样机需适合数生产应解容助位工程师充分享编程振荡器拥时交货时间优势保证默默连续工作
抖动困扰降
编程振荡器类项技术标准固定频率器件相匹敌抖动〔相位噪声〕例外编程器件抖动部份源编程程者更具体说源编程算法
算法中法时抖动值突然显著增抖动编程算法设置特定频率时系数然振荡器输出频率算法中通常需法需法法加抖动通编程算法法系数减编程器件相位噪声做传统固定频率器件接晶体振荡器电路产生抖动
SaRonix公司已标准类似编程程保证编程振荡器件产品具稳定致性——样具重意义Sa Ronix公司通采动设计流程保证相编程算法相输出频率部件
样技术进步现电路采编程振荡元件——甚通信设备某电路中例XDSL调制解调器然振荡器影响抖动敏感通信链路块电路板振荡器驱动DSP芯片芯片完全受抖动影响
身研制周期短编程振荡器保证设计方案期完成日程灵活性批量条件固定频率器件然拟廉价方面进行样机生产时编程器件固定频率器件廉价
精明战略制造样机时候设计采编程器件验证电路时编程振荡器作生产备部件着设计评价完成量生产特定固定频率器件供批量
编程器件实现种高效益保险策略解决生产中关键部件短缺问题编程振荡器较短研制周期生产部门量订购通常固定频率元件前先采办代部件样需支付额外费生产期限迫时迅速补充标准部件行
然编程振荡器件完全取代固定频率振荡器编程概念肯定足够优点半导体生产商振荡器生产公司会放弃理相信性价格代代改善
伴着抖动特性改善价格进步降低新优点会编程器件更吸引力种节电休眠模式——赖电池移动设备关重——已出现供现货产品目录特性诸频率范围扩展编程双路输出路输出更选择范围输出驱动特性提高生产设计灵活性
理智态度应该编程振荡器否场合起作抱成见方面确定编程振荡器什方效发挥作应该特注意电路中应进行设计时候判断应抖动敏感时选定编程振荡器种方式助工程师限度发挥编程振荡器长处实现初选初衷
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器利石英晶体谐振器作滤波元件构成振荡器振荡频率石英晶体谐振器决定LC谐振回路相石英晶体谐振器具高标准性极高品质数石英晶体振荡器具较高频率稳定度采高精度稳频措施石英晶体振荡器达104~109频率稳定度
． 石英晶体振荡器频率稳定度
石英晶体振荡器获高频率稳定度第2章知石英晶体谐振器般谐振回路相具优良特性具体表现：
（1） 石英晶体谐振器具高标准性石英晶体振荡器振荡频率石英晶体谐振器谐振频率决定石英晶体串联谐振频率fq取决晶片尺寸石英晶体物理性化学性十分稳定尺寸受外界条件温度湿度等影响等效电路LqCq值稳定fq稳定
（2） 石英晶体谐振器源器件接入系数p般103~104减弱源器件极间电容等参数外电路中稳定素石英晶体振荡器决定频率振荡系统影响
（3） 石英晶体谐振器具非常高Q值Q值般104~106Q值仅百数量级普通LC回路相Q值极高维持振荡频率稳定变力极强
二． 晶体振荡器电路
晶体振荡器电路类型根晶体电路中作晶体振荡器两类：联型晶体振荡器串联型晶体振荡器联型晶体振荡器中晶体起等效电感作电抗元件组成决定频率联谐振回路晶体相连晶体阻抗频率特性知联型晶体振荡器振荡频率石英晶体谐振器fqfp间串联型晶体振荡器中振荡器工作邻fq处晶体低阻抗接入电路晶体起选频短路线作两类电路利基频晶体泛音晶体
1． 联型晶体振荡器
图1示出种典型晶体振荡器电路振荡器频率晶体串联谐振频率联谐振频率间时晶体呈感性该电路满足三端式振荡器组成原该电路电容反应振荡器应通常称皮尔斯振荡器C3起微调振荡频率作时起减晶体晶体间耦合作C1C2回路局部反应电路
皮尔斯振荡器工作频率应C1C2C3晶体构成回路决定晶体电抗Xe外部电容相等条件决定设外部电容CL
式〔1〕
图
式〔2〕
式〔1〕图形表示图2情形图中两交点晶体串联频率ωq附ω1稳定工作点ω1ωq时图2电抗Xe忽略晶体损耗时晶体电抗接振荡频率f1等包括联电容CL联谐振频率CL实际晶体静电容联引入等效接入系数p’
式(3)
前面联谐振频率公式
式(4)
式见改变CL微调振荡频率通常电路中C3≤C1C2CLC3决定实际电路中晶体串电容C3微调振荡频率通常晶体制造厂家便利户联型电路晶体规定标准负载电容CL振荡频率调整晶体标称频率兆赫兹十兆赫兹范围般CL规定30Pf
反应系数F
式〔5〕
晶体品质数Qq高联谐振电阻R0高然接入系数p较等效晶体CE两端阻抗RL较高放器增益较高电路容易满足振幅起振条件图3联型晶体振荡器实际电路适宜工作频率范围085~15MHz
图4示出种联型晶体振荡器电路该电路晶体接基极发射极间晶体呈现感性该电路满足三端式振荡器组成原电路类似电感反应振荡器称密勒振荡器晶体晶体低输入阻抗联降低载品质数QL密勒振荡器频率稳定度较低
皮尔斯振荡器频率稳定度密勒振荡器高实际应晶体振荡器皮尔斯振荡器频率较高时采泛音晶体构成图5出种应泛音晶体构成皮尔斯振荡电路图中LC1构成联谐振回路破坏基频低次泛音相位条件振荡器工作设定泛音频率电路需工作5次泛音频率应LC1构成联回路谐振频率低5次泛音频率高抑制3次泛音频率样低工作频率低泛音频率说LC1联回路呈现感性满足三端式振荡器组成原电路振荡工作需5次泛音时LC1联回路呈现容性满足三端式组成原电路工作需注意联型晶体振荡器电路工作泛音太高般357次高泛音振荡时接入系数降低等效晶体输出端负载电阻降放器增益减振荡器停振
图6场效应晶体联型振荡器线路晶体等效成感性构成等效电容反应振荡器
2．串联型晶体振荡器
串联型晶体振荡器中晶体接振荡器求低阻抗两点间通常接反应电路中图7示出串联型晶体振荡器实际线路等效电路图见果晶体短路该电路电容反应振荡器电路工作原理：回路谐振频率等晶体串联谐振频率时晶体阻抗似短路线电路满足相位条件振幅条件正常工作回路谐振频率距串联谐振频率较远时晶体阻抗增反应减弱电路满足振幅条件电路工作串联型晶体振荡器工作频率等晶体串联谐振频率 需外加负载电容CL通常种晶体标明负载电容穷实际制作中假设fq误差通回路调谐微调
串联型晶体振荡器适应高次泛音工作晶体起控制频率作回路没影响电路正常工作输出幅度受晶体控制
3．考前须知
石英晶体谐振器时应注意点：
〔1〕石英晶体谐振器标称频率出厂前石英晶体谐振器接定负载电容条件测定实际时必须外加负载电容微调获标称频率保持晶振高稳定性负载电容应采精度较高微调电容
〔2〕石英晶体谐振器鼓励电应规定范围高鼓励功率会石英晶体谐振器部温度升高石英晶片老化效应频率漂移增严重时会晶片机械振动损坏
〔3〕联型晶体振荡器中石英晶体起等效电感作假设作容抗石英晶片失效时石英谐振器支架电容存线路满足振荡条件振荡石英晶体谐振器失稳频作
〔4〕晶体振荡器中块晶体稳定频率求波段中选择许频率时采取电路措施频率合成器块晶体许稳定频率
三． 高稳定晶体振荡器
前面介绍联串联型晶体振荡器频率稳定度般达105量级假设更高稳定度信号需般晶体振荡器根底采取专门措施制作
影响晶体振荡器频率稳定度素然温度电源电压负载变化中温度影响
减温度变化晶体频率振荡频率影响方法采温度系数低晶体晶片目前兆赫兹十兆赫兹范围广泛采AT切片具温度特性图8示图见〔20~70〕℃正常工作温度范围相频率变化5×106〔50~55〕℃温度范围接0温度系数〔处拐点约52℃处〕效方法保持晶体关电路恒定温度环境中工作采恒温装置恒温温度晶片拐点温度处温度控制越精确稳定度越高
图9种恒温晶体振荡器组成框图两局部组成：晶体振荡器恒温控制电路
图9中虚框表示恒温槽绝热容器晶体安放槽中恒温原理槽感温电阻〔温敏电阻〕作电桥臂温度等需某温度〔拐点温度〕时电桥输出直流电压放加热电阻丝加热维持衡温度环境温度变化槽温偏离原温度时通感温电阻变化改变加热电阻电流减少槽温变化图中动增益控制〔AGC〕起振幅稳定作时振荡器振幅稳定晶体鼓励电变晶体频率稳定目前恒温控制晶体振荡器已制成标准部件供户恒温晶体振荡器频率稳定度达107~109
恒温控制晶体振荡器频率稳定度高存着电路复杂体积重量重等缺点应受定限制频率稳定度求十分高希电路简单体积耗电省场合常采温度补偿晶体振荡器图示RT温敏电阻环境温度改变时晶体频率温度变化振荡器频率温度变化温度改变时温敏电阻改变加变容偏置电压改变变容电容变化补偿晶体频率变化整振荡器频率温度变化较高频率稳定度需说明整工作温度范围实现温度补偿补偿电路复杂温度补偿晶体振荡器频率稳定度达105~106
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