任何振蕩器中的關鍵部件都是諧振器
，它將控製頻率並確定可以實現哪種水平的穩定性。

 

盡管采用LC或RC諧(xie)振(zhen)器(qi)實(shi)現(xian)的(de)簡(jian)單(dan)振(zhen)蕩(dang)器(qi)可(ke)滿(man)足(zu)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)，但(dan)是(shi)添(tian)加(jia)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)將(jiang)可(ke)大(da)幅(fu)地(di)將(jiang)器(qi)件(jian)的(de)頻(pin)率(lv)穩(wen)定(ding)性(xing)提(ti)高(gao)好(hao)幾(ji)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)，且(qie)通(tong)常(chang)所(suo)需(xu)的(de)成(cheng)本(ben)很(hen)小(xiao)。

 

No.1輸出頻率

 

任何振蕩器最基本的屬性都是它生成的頻率。根據定義，振蕩器是接受輸入電壓(通常為直流電壓)並在某一頻率下產生重複交流輸出的器件。所需的頻率由係統類型和如何使用該振蕩器所決定。

 

一些應用需要kHz範圍內的低頻晶體。一個常見的例子是32.768 kHz手(鍾)表晶體。 但是大多數當前的應用需要更高頻率的晶體
，範圍從小於10MHz到大於100MHz。

 

No.2頻率穩定性和溫度範圍

 

所需的頻率穩定性由係統要求確定。振蕩器的穩定性可簡單地表述為：由於某些原因引起的頻率變化除以中心頻率。

 

即：穩定性=頻率變化÷中心頻率

 

例如，如果振蕩器輸出頻率為10MHz，並且隨溫度變化了10Hz，則其溫度穩定性為：10 / 10,000,000 = 1x10-6 = 1ppm。 晶振的典型穩定性可以在100ppm至0.001ppm之間。

 

頻率穩定性通常由應用要求決定，並進而確定將需要的晶振類型。振蕩器必須工作的溫度範圍是確定可以達到的穩定性的主要因素。

 

晶振類型

 

簡單晶振(XO)：

 

這是最基本的類型

，其穩定性完全由晶體諧振器本身的固有特性決定。 MHz範圍內的較高頻率晶體由石英棒製成，其製造工藝應滿足：即使環境溫度在-55℃至+125℃(-67°F至 +257°F)之間變化，也可提供相對穩定的頻率。即使在這麼寬的溫度範圍內，適當切割的石英晶體也可實現±25ppm的穩定性。與諸如隨溫度變化可達1％(10,000ppm)或更高的LC振蕩電路等其它無源諧振器相比，晶體振蕩器的性能有了根本提升。但對於某些應用來說，即使25ppm也不夠好，因此必須采用額外措施。

 

溫度補償晶振(TCXO)：

 

如果固有頻率與石英晶體的溫度穩定性不能滿足應用要求，可以采用溫度補償單元。 TCXO使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)感(gan)測(ce)器(qi)件(jian)以(yi)及(ji)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)曲(qu)線(xian)的(de)電(dian)路(lu)
，在(zai)整(zheng)個(ge)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)，該(gai)電(dian)壓(ya)曲(qu)線(xian)與(yu)晶(jing)體(ti)的(de)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)趨(qu)勢(shi)完(wan)全(quan)相(xiang)反(fan)
，所(suo)以(yi)可(ke)理(li)想(xiang)地(di)抵(di)消(xiao)晶(jing)體(ti)的(de)漂(piao)移(yi)。 根據TCXO的類型和溫度範圍
，TCXO的典型穩定性規範範圍為小於±0.5ppm至±5ppm。

 

恒溫控製晶振(OCXO)：

 

對於某些應用，TCXO的頻率-溫度穩定性指標仍無法滿足要求。在這些情況下，可能需要OCXO。顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)，具(ju)有(you)烤(kao)腔(qiang)的(de)振(zhen)蕩(dang)器(qi)將(jiang)晶(jing)體(ti)加(jia)熱(re)到(dao)更(geng)高(gao)溫(wen)度(du)
，該(gai)被(bei)控(kong)溫(wen)度(du)使(shi)得(de)即(ji)使(shi)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)可(ke)能(neng)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)，晶(jing)體(ti)的(de)溫(wen)度(du)也(ye)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)。由(you)於(yu)晶(jing)體(ti)的(de)溫(wen)度(du)和(he)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)敏(min)感(gan)部(bu)分(fen)的(de)變(bian)化(hua)很(hen)小(xiao)，頻(pin)率(lv)-環境溫度穩定性得到顯著改善。在環境溫度範圍內，OCXO的穩定性可以達到0.001ppm。然而
，這種穩定性的提升是以增加功耗為代價的
，將熱量提供給烤腔當然需要能量。典型的OCXO可能需要1到5W的功率來維持內部溫度。在開機後，還需要等待溫度和頻率穩定下來的暖機時間，取決於晶振類型
，暖機時長通常從1分鍾到10多分鍾。

 

壓控晶振(VCXO)：

 

在一些應用中，期望能夠調諧或調整振蕩器的頻率，以便將其鎖相到鎖相環中的參考
、或還可能是對波形進行調製。VCXO通過電子頻率控製(EFC)電壓輸入提供此功能。對於某些專用器件，VCXO的調諧範圍規範可能在±10ppm到±100ppm(甚至更高)。

 

TCXO或OCXO通常包括EFC輸入電壓。這就允許進行調整，以便將輸出頻率精確地校準為標稱值。

 

 

通用振蕩器框圖

 

● Generic XO Block Diagram: 通用簡單晶振框圖

● Oscillator circuit: 振蕩器電路

● Output: 輸出

● Generic TCXO Block diagram: 通用溫度補償晶振框圖

● Temperature dependent compensation voltage generator: 依賴電壓發生器的溫度補償

● Varactor diode: 變容二極管

● Generic OCXO Block diagram: 通用恒溫控製晶振框圖

● Oven cavity: 烤腔

● Temp sensor: 溫度傳感器

● Oscillator: 振蕩器

● RF OUTPUT: RF輸出

● Output amp: 輸出放大器

● Setpoint: 設置點

● Proportional controller: 比例控製器

● Heater: 加熱器

 

 

不同晶振的頻率-溫度穩定性

 

● Temp: 溫度

● Stability: 穩定性

 

No.3輸入電壓和功率

 

任何類型的晶振通常都可以被設計為利用係統中已有的DC輸入電源電壓來操作。 在(zai)數(shu)字(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)，通(tong)常(chang)希(xi)望(wang)使(shi)用(yong)與(yu)振(zhen)蕩(dang)器(qi)將(jiang)驅(qu)動(dong)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)邏(luo)輯(ji)器(qi)件(jian)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)壓(ya)相(xiang)匹(pi)配(pei)的(de)電(dian)壓(ya)來(lai)驅(qu)動(dong)晶(jing)振(zhen)，以(yi)便(bian)邏(luo)輯(ji)電(dian)平(ping)是(shi)直(zhi)接(jie)兼(jian)容(rong)的(de)。

 

+3.3V或+5V是這些數字單元的典型輸入。具有較高功率輸出的其它器件可以使用較高電壓
，例如+12V或+15V。另一個考慮因素是為器件供電所需的電流量。XO或TCXO可能隻需要幾mA，因此在低電壓係統中，其功耗可以小於0.01W。另一方麵，在上電時
，一些OCXO可以需要5W或6W。

 

No.4輸出波形

 

然後要選擇輸出波形以匹配振蕩器將在係統中驅動的負載。最常見的輸出之一是CMOS —— 以驅動邏輯電平輸入。CMOS輸出將是在地電位和係統的Vdd軌之間擺動的方波。對於高於約100MHz的較高頻率
，通常使用差分方波。這些振蕩器具有兩個180°異相的輸出、具有快速上升和下降時間以及非常小的抖動。

 

最通用的類型是LVPECL和LVDS。如果振蕩器用於驅動RF組件、如混頻器或其它具有50Ω輸入阻抗的器件，則通常會指定某個功率級別的正弦波輸出。產生的輸出功率通常在0dBm到+13dBm(1mW到20mW)之間，盡管如果需要可以輸出更高功率。

 

No.5封裝尺寸和外形

 

基於振蕩器類型和規格，對晶振封裝的要求將大相徑庭。簡單的時鍾振蕩器和一些TCXO可以裝在小到1.2×2.5mm2的封裝中；而一些OCXO可以大到50×50mm2，對某些特定設計
，甚至可更大。雖然一些通孔封裝如雙列直插式4或14引腳類型仍然用於較大的部件(如OCXO或專用TCXO)，但大多數當前設計使用表貼封裝。這些表貼配置可以是密封的陶瓷封裝，或基於FR-4的、具有用於I/O的建構的組件。

 

如上所述，當選定晶振時，有許多不同的選擇要考慮。然而
，通過檢查使用晶振的係統
，最方便的選擇將變得顯而易見；例(li)如(ru)可(ke)用(yong)於(yu)為(wei)晶(jing)振(zhen)供(gong)電(dian)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)以(yi)及(ji)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)將(jiang)驅(qu)動(dong)的(de)器(qi)件(jian)的(de)類(lei)型(xing)等(deng)因(yin)素(su)。還(hai)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)應(ying)用(yong)的(de)其(qi)它(ta)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)
，例(li)如(ru)物(wu)理(li)尺(chi)寸(cun)和(he)操(cao)作(zuo)環(huan)境(jing)。除(chu)了(le)這(zhe)些(xie)基(ji)本(ben)參(can)數(shu)之(zhi)外(wai)，針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)
，還(hai)有(you)許(xu)多(duo)其(qi)它(ta)規(gui)範(fan)要(yao)予(yu)以(yi)考(kao)量(liang)。但(dan)當(dang)將(jiang)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)通(tong)盤(pan)考(kao)慮(lv)後(hou)
，很(hen)可(ke)能(neng)會(hui)找(zhao)到(dao)一(yi)款(kuan)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)的(de)晶(jing)振(zhen)。

 

 

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