有源晶振與無(wú)源晶振
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(dòng)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(wú)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(gè)極上加一電場(chǎng)， 會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；在石英晶片上加上交變電壓，晶體就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械 變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，雖然這種交變電場(chǎng)的電壓極其微弱，但其振動(dòng)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(shí)，機(jī)械振動(dòng)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(wú)源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類型。無(wú)源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無(wú)源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無(wú)源晶振是有2個(gè)引腳的無(wú)極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法振蕩起來(lái)，所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準(zhǔn)確；有源晶振有4只引腳，是一個(gè)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(shí)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(jiǎn)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(bǔ)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 10ppm 0.1ppm 0.005ppm -20 to 70℃ 25ppm 25ppm 0.3ppm 0.01 ppm -40 to 85℃ 30ppm 30ppm 0.5ppm 0.03 ppm -55 to 125℃ 50ppm 50ppm 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(shí)鐘基準(zhǔn) OCXO ±0.2～±0.5ppm 電信傳輸設(shè)備的Stratum3時(shí)鐘基準(zhǔn) OCXO,帶模擬集成電路的TCXO ±0.5～±1.0ppm **無(wú)線電設(shè)備,E-911蜂窩定位器帶模擬集成電路的TCXO ±1.0～±2.5ppm 移動(dòng)無(wú)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(dòng)電話 帶電熱調(diào)節(jié)的TCXO ±10～±20ppm 傳真機(jī) TCXO,VCXO,SPXO > ±20ppm 計(jì)算機(jī)時(shí)鐘信號(hào)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(jī)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(shí)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(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度） 13）短期頻率穩(wěn)定度 14）相位噪聲 15）開(kāi)機(jī)特性
E、晶體振蕩器-SPXO: 簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器，沒(méi)有電壓控制和溫度補(bǔ)償，頻率溫度特性取決于晶體單元， 稱為SPXO（Simple Packaged Crystal Oscillator ）或時(shí)鐘（Clock）。
F、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器-TCXO: 1.直接溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 2.間接溫度補(bǔ)償晶體振蕩器
G、恒溫晶體振蕩器 - OCXO 近年來(lái)，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。
H、OCXO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(diǎn)溫度環(huán)境（25±2 ℃）和中心控制電壓時(shí)，測(cè)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?cè)拐袷幤黝l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(jī)械調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)兩種 4）可變?cè)ǔＶ缸內(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(hào)性能均不超過(guò)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(shí)頻率溫度穩(wěn)定度越難實(shí)現(xiàn)。 2）工作溫度范圍的上限越高，晶體拐點(diǎn)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(shí)，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(lái)調(diào)節(jié)頻率的電壓的可調(diào)范圍。常見(jiàn)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(nèi)變化的時(shí)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(shí)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(shí)際上總會(huì)有所偏差，這個(gè)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(hào)，或者對(duì)輸出頻率有嚴(yán)格的控制要求時(shí)，通常振蕩器可以自己給 出經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后的精準(zhǔn)的電壓供壓控電壓用，這個(gè)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(shí)間、下降沿時(shí)間、占空比、高/低電平 振蕩器工作時(shí)輸出的波形及波形的具體特性。 注：常見(jiàn)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MOS和TTL兩類輸出。 負(fù)載（Load）、占空比（Dutycycle）、上升/下降時(shí)間（Rise/falltime）、 高低電平（“1”and “0”level）。 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(shí)，由于振蕩器工作在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)引起的相對(duì)于基準(zhǔn)溫度時(shí)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(shí)，由于負(fù)載阻抗在規(guī)定范圍內(nèi)變化引起的相對(duì)于規(guī)定的負(fù)載條件時(shí)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(shí)，由于電源電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化引起的相對(duì)于規(guī)定的電源電壓時(shí)的頻率偏移。 11）老化率（長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度）(Aging,longtermstability) 振蕩器頻率與時(shí)間之間的關(guān)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(zhǎng)期變化造成的，可以用規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)平均頻率的相對(duì)變化來(lái)表示。 頻率老化是不可避免的。同時(shí)方向可能為正也可能為負(fù)。 又稱為日老化率、長(zhǎng)穩(wěn)等。 12）短期頻率穩(wěn)定度(Short term stability) 振蕩器短時(shí)間內(nèi)的頻率隨機(jī)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(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 注:抖動(dòng)是振蕩器短期頻率穩(wěn)定度的時(shí)域量度，實(shí)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(kāi)機(jī)特性,重現(xiàn)性,可工作溫度范圍,抗機(jī)械沖擊性能,抗電脈沖沖擊性能,存儲(chǔ)溫度范圍, 重力加速度頻率穩(wěn)定度,恒溫報(bào)警,三態(tài)控制 有源、無(wú)源晶振 有源、無(wú)源晶振 有源、無(wú)源晶振 有源、無(wú)源晶振 有源、無(wú)源晶振