有源晶振與無源晶振

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，
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，雖然這種交變電場的電壓極其微弱，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“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個(gè)引腳的無極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(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（長期頻率穩(wěn)定度）
13）短期頻率穩(wěn)定度
14）相位噪聲
15）開機(jī)特性

E、晶體振蕩器-SPXO:
簡單封裝晶體振蕩器，沒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，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）
   用某種可變元件使振蕩器頻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）可變元件通常指變?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：用來調(diào)節(jié)頻率的電壓的可調(diào)范圍。常見的有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、無源晶振 有源、無源晶振 有源、無源晶振 有源、無源晶振 有源、無源晶振