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晶体振荡器的种类和特点

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  • 发布时间:2016/1/30 20:34:10
  • 作者:ljl_yinhe

  晶体振荡器是利用石英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的薄片(在它的两个对应面上涂敷银层作为电极),还有IC芯片以及相应的电阻电容和微小线路板组成的振荡电路,再加上封装外壳就构成了晶体振荡器,一般简称为晶振。其产品大多用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

  不同的工程使用,对晶体振荡器频率的技术性能要求不同。有的要求频率短期稳定度高;有的要求简单好用;有的要求长期稳定性高;有的要求开机后短时间内能稳定工作;有的要求能抗很强的冲击与振动等等。根据晶体振荡器的功能和实现技术的不同,可以将晶器分为以下四类:

普通时钟晶体振荡

  这是一种最简单和最适用的晶体振荡器,其结构简单,完全是由晶体的自由振荡完成。这类晶体振荡器主要应用于稳定度要求不高的场合,可产生1E-4~1E-5数量级的频率精度。SPXO 由于不采用温度控制和温度补偿方式,它的频率温度特性主要由所采用的晶体元件来确定,通常用作单片机等微处理器的时钟器件。

电压控制式晶体振荡器(VCXO)

  这是根据晶振是否带压控功能来进行分类的,它利用外加控制电压偏置或调制其频率输出的晶体振荡器。具体工作电路由石英谐振器、压控电容和振荡电路组成,通过电压改变压控电容的容值,从而改变石英晶体振荡器的振荡频率,其精度是1E-5~1E-6量级。

温度补偿式晶体振荡(TCXO)

  这种晶体振荡器是在普通晶振的基础上采用了一些温度补偿手段来提高振荡器的温度稳定性。它的主要原理是通过感应环境温度,并利用一定的功能电路产生与晶体温度频率特性离散相反的电压信号,将该电压作用于压控晶体振荡器 VCXO,从而抵消频率随温度的离散,达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO使用温度敏感器件如电阻器和热敏电阻进行温度补偿,频率精度达到 1E-6~1E-7量级,其补偿效果完全取决于热敏电阻、电容以及压敏电容的性能,而且芯片面积较大,不利于集成;随着补偿技术的进一步发展,采用模拟器件进行补偿,面积大大减小,TCXO 可以适当提高精度达到约 1.5ppm;如果要求稳定度在 0.5ppm 以上,则需要能够实现数字化自动补偿 TCXO,这种数字化补偿的 TCXO 又叫 DTCXO,用单片机进行补偿时我们称之为微处理机补偿晶体振荡器(MCXO),由于采用了数字化技术,这一类型的晶振在温度特性上达到了较高的精度,并且能够适应更宽的工作温度范围,主要应用于对时钟稳定性敏感领域和使用环境相对恶劣的场合。

恒温控制式晶体振荡(OCXO)

  这类型晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术。它是利用恒温槽精密控温,使晶体振荡器或石英晶体振子工作在晶体的零温度系数点温度上,将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。OCXO 的主要优点是,由于采用了恒温槽技术,频率温度特性在所有类型晶振中是最好的,由于电路设计精密,其短稳和相位噪声都较好;主要缺点是功耗大、体积大,需要 5 分钟左右的加热时间才能正常工作等。中精度产品频率稳定度为1E-7~1E-8量级,高精度产品频率稳定度在 1E-9量级以上,OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备和仪表中。