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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[1]；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。
技术指标 ⒈总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定 标称频率的最大频差。 说明：总频差包括频率温度稳定度、频率温度准确度、频率老化率、频率电源电压稳定度和频率负载 稳定度共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求 的场合采用。例如：精密制导雷达。 ⒉ 频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准 温度的最大允许频偏。 fT=±（fmax-fmin)/(fmax+fmin) fTref
=±MAX[|（fmax-fref)/fref|，|(fmin-fref)/fref|] fT：频率温度稳定度（不带隐含基准温度） fTref：频率温度稳定度（带隐含基准温度） fmax
：规定温度范围内测得的最高频率 fmin：规定温度范围内测得的最低频率 fref：规定基准温度测得的频率 说明：采用fTref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用fT指标的晶体振荡器，故fTref指标的晶体 振荡器售价较高。 ⒊ 频率稳定预热时间：以晶体振荡器稳定输出频率为基准，从加电到输出频率小于规定频率允差所需 要的时间。 说明：在多数应用中，晶体振荡器是长期加电的，然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关 机，这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到（尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台，当要 求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃），采用OCXO作为本振，频率稳定预热时间将不少于5分 钟，而采用DTCXO只需要十几秒钟）。 ⒋ 频率老化率：在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频 率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的，可用规定时限后的最大变化率（如±10ppb/ 天，加电72小时后），或规定的时限内最大的总频率变化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年）） 来表示。说明：TCXO的频率老化率为：±0.2ppm～±2ppm（第一年）和±1ppm～±5ppm（十年）（除 特殊情况，TCXO很少采用每天频率老化率的指标，因为即使在实验室的条件下，温度变化引起的频 率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化，因此这个指标失去了实际的意义）。OCXO 的频率老化率为：±0.5ppb～±10ppb/天（加电72小时后），±30ppb～±2ppm（第一年），±0.3ppm～ ±3ppm（十年）。⒌频率压控范围：将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压，晶体振荡器频率 的最小峰值改变量。 说明：基准电压为+2.5V，规定终点电压为+0.5V和+4.5V，压控晶体振荡器在+0.5V频率控制电压时频 率改变量为-110ppm，在+4.5V频率控制电压时频率改变量为+130ppm，则VCXO电压控制频率压控范 围表示为：≥±100ppm（2.5V±2V）。 ⒍压控频率响应范围：当调制频率变化时，峰值频偏与调制频率之间的关系。通常用规定的调制频率 比规定的调制基准频率低若干dB表示。 说明：VCXO频率压控范围频率响应为0～10kHz。 ⒎频率压控线性：与理想（直线）函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度，它以百分 数表示整个范围频偏的可容许非线性度。 说明：典型的VCXO频率压控线性为：≤±10%，≤±20%。简单的VCXO频率压控线性计算方法为 （当频率压控极性为正极性时）： 频率压控线性=±（（fmax-fmin)/ f0）×100% fmax：VCXO在最大压控电压时的输出频率 fmin：VCXO在最小压控电压时的输出频率 f0：压控中心电压频率 ⒏单边带相位噪声￡（f）：偏离载波f处，一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路 中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号 。 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构 成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等）， 在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就 构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。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。 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力， 则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压， 晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振 幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频 率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片 的切割方式、几何形状、尺寸等有关 [1] 。 当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积 有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为 几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动 时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也 小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割 方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的 频率稳定度 [1] 。计算机都有个计时电路，尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备，但它们实 际上并不是通常意义的时钟，把它们称为计时器(timer）可能更恰当一点。计算机的计时器通常是一个 精密加工过的石英晶体，石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡，这种频率取决于晶体本身如何 切割及其受到张力的大小。有两个寄存器与每个石英晶体相关联，一个计数器（counter）和一个保持 寄存器（holdingregister）。石英晶体的每次振荡使计数器减1。当计数器减为0时，产生一个中断，计数 器从保持寄存器中重新装入初始值。这种方法使得对一个计时器进行编程，令其每秒产生60次中断（或 者以任何其它希望的频率产生中断）成为可能。每次中断称为一个时钟嘀嗒（clocktick）。 晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有 两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的 特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要 晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就 可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大， 这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电 容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器 （注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一 端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容， 这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个 22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 |
