关于恒温晶振
基于小型化超低短稳高稳定度恒温晶振的设计
恒温晶振的电路设计分为振荡电路（主振电路）和控温电路 两个部分。
2.1 主振电路的设计 振荡电路的设计有串联晶体振荡器和并联晶体振荡器两种。
并联型晶体谐振器电路是晶体接在反馈网络中，并与电路中其他 电抗元件构成并联谐振回路 ；在串联型晶体电路中，晶体与负载 电容串联，工作时呈纯阻性。为了便于可生产性和调试方便等原 因，本文采用了并联振荡电路的共集柯尔匹兹电路形式，主振电 路图见图 1。
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基于小型化超低短稳高稳定度恒温晶振的设计
郭 旺
（中国电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄 050000）
摘要 ：本文主要介绍了一款 36×27×13mm3 封装的小型化超低秒高稳定的恒温晶振的设计。传统的高稳定度恒温晶振其温度稳定
度和老化特性都能够做到很好，比如温度特性能够达到 ±0.1ppb（40℃ ~85℃），老化特性能够达到 0.1ppb/ 日。但是其短期稳定度（秒
参考文献
[1] 赵声衡、赵英 . 晶体振荡器 . 北京 ：科学出版社，2008. [2] 赵声衡 . 精密恒温槽原理 . 长沙 ：湖南科学技术出版社，1991. [3] LEESON D B.A simple model of feedback oscillator noise spectrum[J].
3 测试结果
由于本文设计的产品短稳已经达到了 5*10e-13 的数量级，普 通设备的测量精度已经无法达到要求。所以建议采用测试精度较 高的测试设备和参考源，如本次实验的测试设备为 5125A，参考 源为高稳定度的 DBV-10M 参考源。经过前期的实验和参数的调 整，测试结果如下图 2 和图 3 ：
恒温晶振简述
恒温晶振简述
恒温晶振简述
恒温晶振，全称恒温晶体振荡器，英文缩写OCXO。
它选用高Q值、高精度、低老化的精密石英晶体元件
做振荡体，应用恒温技术、温补技术、压控技术而设
计，采用先进的生产工艺，自动化检测，具有高稳定、
低老化率、压控调整范围适中、线性好等特点。
本产品获得专利：
ZL200820050366.X
ZL200820050367.4
ZL200920059663.5等6项。
本产品的检测软件获得著作版权登记证2010SR001284。
恒温晶振产品特点
频率输出稳定，工作温度范围内稳定度可达1×10-10
单边带噪声可达-160dBc/Hz @1kHz
短期稳定度（秒稳）可达5×10-12
年老化可达1×10-8
主要参数符合国家数字网进网要求
恒温晶振典型应用
适用于各种数字通信设备及频率计量仪表等作为高稳定度的时基信号源使用。
如3G、LTE等新一代移动通信网络设备、数字程控交换机、接入网设备、各种SDH和PDH等同步传输设备、GSM和CDMA等移动交换设备的同步信号；亦如各种频率计中作为频率标准信号。
晶振产品订购代码 晶振产品订购代码。
晶振选型指南
恒温晶振、温补晶振选用指南晶体振荡器被广泛应用到军、民用通信电台，微波通信设备，程控电话交换机，无线电综合测试仪，BP机、移动电话发射台，高档频率计数器、GPS、卫星通信、遥控移动设备等。
它有多种封装，特点是电气性能规范多种多样。
它有好几种不同的类型：电压控制晶体振荡器（VCXO）、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、恒温晶体振荡器（OCXO），以及数字补偿晶体振荡器（MCXO或DTCXO）,每种类型都有自己的独特性能。
如果您需要使您的设备即开即用，您就必须选用VCXO或温补晶振，如果要求稳定度在0.5ppm以上，则需选择数字温补晶振（MCXO）。
模拟温补晶振适用于稳定度要求在5ppm～0.5ppm之间的需求。
VCXO只适合于稳定度要求在5ppm以下的产品。
在不需要即开即用的环境下，如果需要信号稳定度超过0.1ppm 的，可选用OCXO。
频率稳定性的考虑晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它是决定振荡器价格的重要因素。
稳定性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。
工业级标准规定的-40～+75℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯，倘若-30～+70℃已经够用，那么就不必去追求更宽的温度范围。
设计工程师要慎密决定特定应用的实际需要，然后规定振荡器的稳定度。
指标过高意味着花钱愈多。
晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。
根据目标产品的预期寿命不同，有多种方法可以减弱这种影响。
晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化，也就是说在产品使用的第一年，这种现象才最为显著。
例如，使用10年以上的晶体，其老化速度大约是第一年的3倍。
采用特殊的晶体加工工艺可以改善这种情况，也可以采用调节的办法解决，比如，可以在控制引脚上施加电压（即增加电压控制功能）等。
与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动，这些指标应该规定出来。
对于工业产品，有时还需要提出振动、冲击方面的指标，军用品和宇航设备的要求往往更多，比如压力变化时的容差、受辐射时的容差，等等。
新型恒温晶振原理及实现
• 92•描述了一种新型恒温晶振（OCXO）的设计方案，在恒温晶振（OCXO）研究基础上，通过对控温电路的优化设计，并采用热敏网络补偿技术，以恒温控制为主，温度补偿为辅，先进行恒温控制，再进行温度补偿。
两者相互结合取得优良的温频特性。
新型恒温晶振的工作电压仅为5V。
其温度-频率特性及相位噪声分别达到≤±1ppb（-40～+70℃）和≤-158dBc/Hz@1kHz的指标。
稳态功耗仅为1.2W，体积为36*27*12.7mm。
引言：石英晶体振荡器是无线电设备的核心部件，是通信、广播、雷达、电子对抗、遥控遥测及许多测量仪器必不可少的部件，其中恒温晶体振荡器（OCXO ）是一种频率稳定性最好的高精密晶体振荡器（蒋松涛，一种小型超低相噪恒温晶振的设计：压电与声光，2015）。
大量应用于高端通讯设备中。
目前温频特性要达到10-9～10-11数量级普遍采用双层恒温技术。
存在预热时间长，体积大，功耗高等缺点（赵声衡，晶体振荡器：科学出版社，2008）。
本文描述了一种恒温控制为主，温度补偿为辅，两者相结合的新型OCXO 设计方案。
并成功研制了体积为36×27×12.7（mm ），温度稳定度优于±1×10-9的小体积低功耗恒温晶振。
1 晶体谐振器温频特性晶体谐振器是一种基于压电效应实现的机械振动系统。
其晶片切型有很多种，包括AT 切、SC 切、BT 切等。
其中比较常用、生产较成熟的是AT 切和SC 切。
SC 切谐振器的显著特点是其频率与温度之间有近似的三次函数关系，因而它具有零温度系数点（John R.Vig Quartz Crystal Resonators and Oscillators For Frequency Control and Timing Applications:U.S.Army Communications-Electronics Command,2001）。
GPS驯服压控恒温晶振的研究与实现
GPS驯服压控恒温晶振的研究与实现作者简介：李启丙(1976-),男,重庆开县人,硕士研究生，讲师,主要研究方向：电子技术应用与EDA。
摘要：利用GPS提供的高稳定度的授时信号控制本地压控恒温晶振的频率。
使用VHDL语言描述误差数字信号产生模块，并在CPLD芯片中实现。
提高了本地压控恒温晶振的频率日稳定度和年稳定度，增强了压控恒温晶振的工作环境，克服了普通恒温振的频率漂移和机械恒温晶振机械调整的繁琐与不便。
关键词：压控恒温晶振；年稳定度；频率漂移。
中图分类号：TP211.5笔者在设计时间校验仪中，测量误差主要产生在时钟信号源的误差上，因此如何产生一个高精度的时钟源是关键之所在。
石英晶振的稳定性受环境影响很大并且有累计误差不适合使用在昼夜温差大的室外。
而且还存在一个致命的弱点，即在工作过程中的频率会单方向地发生老化。
为此，人们考虑用原子跃迁运动作基准来修正老化效应，从而构成现代原子频率标准[1]。
随着 GPS技术的引进与推广，人造卫星开始作为另一种时间源提供精确、可靠、稳定的时间和频率标准[2]。
随着时间的增长恒温晶振的频率稳定度会逐渐下降，影响测量精度。
如果选用带机械调整的恒温晶振，仪器在工作一段时间后就必须送厂里进行调整。
GPS定时接收设备内采用高精度的频率信号，成本高。
而采用普通恒沮晶振，就需耍每秒同GPS秒同步，造成设备抽出信号抖动增大[3]。
鉴于以上问题，我们选用GPS授时自动驯服恒温晶振的频率。
保证恒温晶振的稳定度。
1GPS模块自动驯服原理依据PPS具有统计意义下的高精度特性，以具有小误差的PPS为时间基准判定晶振的频率漂移值，并根据漂移误差由单片机控制D/A给出相应的晶振控制电压，使晶振频率最接近中心频率[4]。
测量GPS平均秒和高稳晶振分频秒之问的时差，采用驯服算法计算晶振的实时准确度，并通过电子频率控制的方式反馈调整高稳晶振的频率信号，从而提高频率信号的准确度和长期稳定性能[5]。
恒温晶振守时
恒温晶振守时
恒温晶振（OCXO，Ovenized Crystal Oscillator）是一种具有恒定工作温度的晶体振荡器，它能提供精确的时间基准信号。
在各种时钟、计时器和同步通信设备中，恒温晶振发挥着重要作用。
OCXO 晶体振荡器采用密闭式石英晶体结构，通过精确控制工作温度，实现高稳定性和低相位噪声。
恒温晶振守时的特点主要包括：
1.稳定性：OCXO 晶体振荡器能够在较宽的温度范围内保持稳定的频率和振荡性能。
这使得它们成为要求高精度时钟同步的设备的首选。
2.低相位噪声：OCXO 晶体振荡器具有较低的相位噪声，这意味着它们在通信系统和精密测量应用中具有更高的性能。
3.小体积：与现代通信系统对小型化和轻量化的需求相适应，OCXO 晶体振荡器具有较小的体积。
4.高性价比：随着技术的发展，OCXO 晶体振荡器的成本逐渐降低，使得它们在各种应用中的性价比不断提高。
5.广泛应用：OCXO 晶体振荡器广泛应用于通信基站、智能电网、测试及量测设备，以及雷达、制导等军事和宇航等领域。
恒温晶振守时是通过精确控制工作温度来确保晶体振荡器输出频率的稳定性和低相位噪声。
低噪声高稳定100M_恒温振荡器的设计与实现
- 59 -工 业 技 术0 引言振荡器是一种通过振荡产生信号的元器件，可以看作一个能量转换装置，能将线路中的直流电源的电能转换成一种固定频率、幅度和波形的直流信号。
这种能量的转换基于石英晶体材料的一种特性，即压电效应。
在石英谐振器的2个电极之间加一个固定电场，中间的晶片就会发生机械形变；反过来，晶片发生机械形变，其电极之间也会产生一定的电场。
正是基于这一特性，厂家生产出各式各样的振荡器，恒温晶体振荡器便是其中一个分支。
恒温晶体振荡器是目前频率准确度、频率稳定度最好的振荡器，其短期稳定度、相位噪声具有非常优异的性能，长期稳定度也不逊色于普通的原子钟，被广泛应用于航空、航天、通信、雷达和精密仪器仪表等多行业。
随着技术的发展，对频率器件的高稳定度也要求越来越高，给频率器件厂家带来了新的挑战，同时也是新的机遇[1]。
1 理论分析及设计方法1.1 相位噪声浅析常说的恒温晶体振荡器的短期稳定性主要包括相位噪声、温度波动以及日老化。
日老化主要取决于核心元器件本身的制造工艺。
温度特性主要取决于恒温槽精密控温技术。
相位噪声相对来说复杂一些。
由于电噪声的存在使晶体振荡器产生随机抖动，因此晶体振荡器频率的短期稳定主要由电路内部电噪声的强弱决定。
根据噪声形成机理的不同，电噪声可以分为热噪声、散弹噪声、散变噪声和爆裂噪声等。
其中，热噪声和散弹噪声的机理早已清楚。
爆裂噪声被认为是载流子受半导体结中的缺陷调制而产生的并且有了一定的试验依据。
唯有散变噪声的形成机理至今没有定论。
然而对振荡器的研发者来说，最重要的是各种噪声的谱密度，散变噪声具有f-a 形成的谱密度，这一点是明确的[2]。
因此设计一款低噪声、高稳定的100M 晶振，需要先设计好其核心的振荡电路。
1.2 振荡电路设计及器件选型高稳晶体振荡器可以拆分为4个模块，分别是振荡线路、信号处理放大、直流稳压电路以及恒温槽控制电路。
作为整个振荡器的核心，振荡电路的每个特性指标会直接影响高稳晶振的最终性能。
浅析优良短期稳定度10MHz恒温晶振研制分析
浅析优良短期稳定度10MHz恒温晶振研制分析作者：张槿白丛娟来源：《中国新通信》 2018年第13期【摘要】恒温晶振是一种频率发生设备，其性能优良，在许多领域多有应用。
在晶振研制过程中的一项基准指标就是优良短期稳定度。
在我国电子、航天、通信等领域都有着重要的作用，能保持设备系统的性能稳定以及提高状态。
在本文的论述中主要是在恒温晶振工作原理的了解基础上，进行多种电路的设计，从而研制分析具有优良短期稳定度的10MHz 恒温晶振。
【关键词】恒温晶振控温系统优良短期稳定度一、前言恒温晶振(OCXO) 是由恒温槽控制电路和振荡器电路。
一般人们是用热敏电阻“电桥”来构成差动串联放大器以此实现温度控制。
具有自动增益控制（AGC）的振荡电路，是目前获得振荡频率高稳定度比较理想的技术方案。
目前恒温晶振优良短期稳定度相关标准范围在5×10-13/s ～2×10-12/s之内，由于性能优良，故在很多的领域中都有运用。
主要体现在：在测速系统中运用能提高数据测试的精准度，运用到通信设备中能降低误码率，以及提高雷达系统中辨别力等。
针对在实际运用体现出来的优势, 我们来进行优良短期稳定度10MHz 恒温晶振分析研究。
二、影响恒温晶振优良短期稳定度的因素19 世纪提出的简单噪声模型，通过实际与运用相对比有很好的效果，被广泛运用于振荡器中对噪声的研究。
其中振声器由放大器和正反馈网络组成。
由于震荡信号的干扰从而影响振荡器的短期稳定。
对此我们做出假设, 在放大器中假设只存在闪变噪声和白噪声，那么输出的单边相位噪声密度用公式来表示：将公式带入到其中进行振荡器，对有关影响短期稳定度指标的因素进行判断, 从而得出在进行晶体谐振器的时候需要提高的有载品质因数的相关指标；于此同时还需要选用具有低噪声效果的晶体管在研制的过程中。
特别是主晶体管的选择；其次是要选择合理的辅电路; 到最后是双层恒温槽的运用，避免因为其他环境因素而造成频率稳定度的变化一些变化。
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关于恒温晶振
一：说明：
恒温晶振采用高精密恒温槽给高稳定石英晶体进行恒温处理。
使晶体保持长期温度恒定状态从而达到频率稳定输出，其优越性为高稳定，低老化，低相位等特点因而得到广泛应用。
但其频率精度会因小量的老化变量发生变化，特别是在一些长期工作的仪器设备里，有的晶振工作多则几十年，少则几年。
这样晶振存在一定的老化变量会导致仪器设备偏离或失效，因此恒温晶振可校准也是必然和必须的。
一．频率校准方式可分如下为三大类：
1.恒温晶振内部校准：
恒温晶振内部电位器校准，采用BOURNS公司的电阻式精密可调电位器，常用如BOURNS公司的3223W-1-203E，阻值20K可达到11圈的可调圈数，能精确调准晶振输出频率精度，生产恒温晶振时便捷。
其优点为：客户使用时不用再选择电位器；不用再对频率进行太多校准；频率精度一致性好。
其缺点为：产品为开孔方式密封性能下降，可能导致产品内部出现杂物，引起质量事故引发质量纠纷；操作不方便；设计时对可调孔位设计受晶振位置牵控；环境适应性差，高低温下因密封性能下降会导致晶振内部受潮，产品性能下降；抗振能力下降，因可调孔为螺丝结构，加上晶振外壳很薄，受力牙纹在2~4个左右在振动时可能导致螺丝脱落；可调为易损件，在多次调整和长期高温（90~100度）下性能下降维修和更换困难；设计难度和可控度加大，体积，指标各方面难达成。
2.不可调，产品校准频率输出：
其优点为：密封性好。
其缺点为：频率精度差；老化后不能校准；维护维修性差
3．外部校准：
客户使用时对校准方式可进行调整，合理利用外型结构灵活性高；校准精度高，因参考电压为晶振产品内部供给其稳定性和内部校准方式一样；密封性高，可达低真空，因高密封性产品高低温下气压变化不影响产品内部湿度提高产品稳定性定性，提高长期老化率；可维修，维护性好，因可外校设计者可选择合理位置，更换校准方试；抗振能力强，产品合密封，无松动器件。
外部校准分如下几种：
3.1外部机械电位器校准：
此种方式很常用，一般由晶振提供参考电压输出，外接电位器。
同样我司建议采用BOURNS公司的电阻式精密可调电位器。
一般如3266W-1-203E。
阻值20K可达到12圈。
，电位器接法如“图一”。
其优点为：客户使用时可对电位器位置进行调整，合理利用外型结构灵活性高；校准精度高，因参考电压为晶振产品内部供给其稳定性和内部校准方式一样；因电位器外置，设计者可选择合理位置，更换调试方便，同时因远离长期高温提高电位器使用周期。
其缺点为：给客户增加设计难度增加了外围元器件；电位器的选择影响产品性能；产品出厂精度不能达到很高精度需要客户校准。
3.2外部固定电压，或分压电阻校准：
一般由在晶振参考电压与接地间接分压电阻接法如“图一”。
也可直接接固定电压在压控输入脚。
其优点为：外部校准方式一样
其缺点为：校准精度不高很难调试；维护性差，频偏须更换电阻或更换输入电压值。
3.3外部数控校准；
此种方式应用一般在测试仪器上，因为大部份仪器都有自校和外校功能，通过频率跟踪的方式，可对恒温晶振的控制电压进行自动校准。
其优点为：全自动，维护性好，精度高。
其它同外部校准方式一样。
其缺点为：电压动态，对产品相位噪声有小量影响。
三．总结：
通过说明，推荐恒温晶振使用厂家用采外部校准方式。
其连接图如（图一）
（图一）。