晶振的基本原理及特性

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有源晶振的原理和应用

有源晶振的原理和应用

有源晶振的原理和应用晶振的基本原理有源晶振是一种电子元件,它能够产生稳定的振荡信号。

晶振的基本原理是利用压电效应,即当压电晶体受到力作用时,会产生电荷,并产生电场。

这个电场会对晶体的形状产生力的变化,从而使晶体发生变形。

当外界力消失时,晶体又恢复到原来的状态,这种来自于晶体内部的力的恢复运动会导致晶体振动,产生稳定的信号。

有源晶振的应用有源晶振在电子产品中有着广泛的应用,主要用于时钟信号的产生和同步。

以下是一些常见的应用场景:1. 微控制器和处理器在微控制器和处理器中,有源晶振常被用作系统时钟的源。

它能提供稳定、精确的时钟信号,保证系统的运行稳定性和时序准确性。

2. 通信设备有源晶振也广泛应用于通信设备中。

例如,手机、无线路由器、通信基站等设备都需要有源晶振来提供稳定的时钟信号,保证数据的传输速率和精度。

3. 数字电视和音频设备在数字电视和音频设备中,有源晶振用于提供视频和音频信号的同步时钟。

它能够确保图像和音频的同步播放,提供优质的用户体验。

4. 医疗设备在医疗设备中,有源晶振被用于产生精确的时钟信号,以控制设备的工作。

例如,心电图仪、血压监测器等设备均需要有源晶振来提供准确的时间参考。

5. 汽车电子产品在汽车电子产品中,有源晶振也扮演着重要的角色。

例如,汽车音响、导航系统、车载通信设备等都需要有源晶振来提供稳定的时钟信号。

有源晶振在以上这些应用场景中发挥着重要的作用,保证系统稳定性、数据传输的准确性和设备正常工作。

随着科技的不断发展,有源晶振的应用范围还将进一步拓展。

总结有源晶振是一种能够产生稳定振荡信号的电子元件,其基本原理是利用压电效应。

在电子产品中,有源晶振被广泛应用于系统时钟的产生和同步、通信设备、数字电视和音频设备、医疗设备以及汽车电子产品等领域。

它的应用保证了系统的稳定性和时序准确性,提供了优质的用户体验。

随着科技的发展,有源晶振在更多领域的应用将会被探索和发现。

以上是有源晶振的基本原理和应用的介绍,希望对你的理解有所帮助。

ad电路板中晶振作用

ad电路板中晶振作用

AD电路板中晶振的作用1. 引言在现代电子设备中,晶振(Crystal Oscillator)是一种广泛应用的元件,尤其在AD(模数转换器)电路板中起着至关重要的作用。

本文将详细介绍AD电路板中晶振的作用及其原理。

2. 晶振的基本原理晶振是一种能够产生稳定频率信号的元件。

它由一个压电谐振器和放大电路组成。

压电谐振器通常采用石英晶体,因为石英具有稳定性好、温度特性低等优点。

当施加外加电场时,石英晶体会发生形变,从而产生机械振动。

这些机械振动通过放大电路被转换为电信号输出。

3. AD电路板中晶振的作用AD电路板是一种将模拟信号转换为数字信号的设备。

在AD转换过程中,精确的时钟同步非常重要。

而晶振正是提供这个时钟同步信号的关键元件。

3.1 提供稳定且精确的时钟信号AD转换器需要一个准确可靠、频率稳定的时钟信号来驱动其内部运算。

晶振作为一种稳定频率元件,能够提供准确的时钟信号,并保持其频率在规定范围内的变化非常小。

这样可以确保AD转换器在进行模拟信号转换时,能够按照精确的时间间隔进行采样,从而保证转换结果的准确性。

3.2 抑制时钟抖动在AD电路中,由于各种干扰因素的存在,时钟信号可能会产生抖动。

抖动指的是时钟信号在其理论频率上发生微小的波动。

这种波动会导致AD转换器工作不稳定,进而影响转换结果的精度。

晶振具有较高的频率稳定性和低抖动特性,能够有效抑制时钟信号的抖动现象,从而提高AD电路板整体性能。

3.3 同步不同模块之间的数据传输在复杂的AD电路板中,通常存在多个模块之间需要进行数据传输和处理。

这些模块可能具有不同的工作频率和采样速度。

晶振提供了一个统一、可靠且精确的时钟参考信号,在不同模块之间保持数据传输的同步性。

通过晶振提供的时钟信号,各个模块能够按照相同的时间间隔进行数据采样和处理,从而确保数据传输的准确性和一致性。

3.4 降低噪声干扰在AD电路中,噪声是一个不可避免的问题。

晶振作为时钟信号源,可以通过其稳定且精确的特性来降低噪声干扰对AD转换器的影响。

晶振基础知识介绍

晶振基础知识介绍

晶振基础知识介绍晶振:即所谓石英晶体谐振器(无源)和石英晶体振荡器(有源)的统称。

无源和有源的区别:无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。

无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。

石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。

振荡器直接应用于电路中,谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。

振荡器比谐振器多了一个重要技术参数:谐振电阻(RR),谐振器没有电阻要求。

RR的大小直接影响电路的性能,因此这是各商家竞争的一个重要参数。

晶振的原理:压电效应(物理特性):在水晶片上施以机械应力时,,会产生电荷的偏移,即为压电效应。

逆压电效应:相对在水晶片上印加电场会造成水晶片的变形即产生逆压电效应,利用这种特性产生机械振荡,变换成电气信号。

晶振的作用:一、为频率合成电路提供基准时钟,产生原始的时钟频率。

二、为电路产生震荡电流,发出时钟信号晶振的分类:一、按材质封装(1).金属封装-SEAMTYPE (2).陶瓷封装-GLASSTYPE二、贴装方式(1).直插封装-DIP (2).贴片封装-SMD三、按产品类型(1).crystal resonator—晶体谐振器(无源晶体)(2).crystal oscillator—晶体振荡器(有源晶振)---SPXO 普通有源晶体振荡器---VCXO电压控制晶体振荡器---TCXO 温度补偿晶体振荡器---VC-TCXO压控温补晶体振荡器(3).crystal filter—晶体滤波器(4).tuning fork x’tal (khz)-水晶振动子部分 KDS晶振图例:DT-14/DT-26/DT-38 DMX-26S DSX220G DSO321SR/221SR HC-49S/AT-49DSX321G/221 G SM-14J DSV531SV DSX530G/840GDSA/B321SDA晶振的名词术语:SMT :Surface Mount Technology 表面贴装技术SMD :Surface Mount Device 表面贴装元件OSC :Oscillator Crystal 晶体振荡器TCXO :Temperature Compensate X‘tal Oscillator 温度补偿晶体振荡器VC-TCXO :Voltage Controlled, Temperature Compensated Crystal Oscillator 压控温度补偿晶体振动器 VCXO :Voltage Control Oscillator 压控晶体振动器 DST410S/310S/210A DSX320G DSA/B321SCL HC-49SMD/SMD-49晶振的重要参数:1、标称频率F:晶体元件规范(或合同)指定的频率。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振是一种常见的电子元件,广泛应用于电子设备中。

它主要用于产生稳定的时钟信号,为电子设备的正常运行提供精确的时间基准。

本文将详细介绍晶振的工作原理。

一、晶振的结构晶振由晶体谐振器和驱动电路组成。

晶体谐振器是晶振的核心部件,其主要由晶体片、电极和封装壳体组成。

晶体片通常由石英晶体材料制成,具有高稳定性和精确的谐振频率。

二、晶振的工作原理晶振的工作原理基于晶体的压电效应。

当外加电场作用于晶体时,晶体会发生形变,产生机械振动。

而当晶体处于谐振频率附近时,机械振动会引起晶体内部电荷的积累和释放,从而产生电压信号。

晶振的驱动电路通过提供适当的电压和电流,使晶体谐振器处于谐振频率附近,从而产生稳定的振荡信号。

驱动电路通常由晶振振荡器、放大器和反馈电路组成。

晶振振荡器提供适当的激励信号,放大器放大振荡信号,反馈电路将一部分输出信号送回晶振振荡器,以维持振荡的稳定性。

三、晶振的特性1. 频率稳定性:晶振具有高度稳定的频率特性,通常在几个PPM(百万分之几)的范围内。

这使得晶振成为电子设备中精确计时的理想选择。

2. 温度特性:晶振的频率受温度影响较大。

在温度变化时,晶体的谐振频率会发生变化,因此晶振通常需要通过温度补偿电路来提高稳定性。

3. 启动时间:晶振的启动时间通常较短,只需几毫秒即可达到稳定的工作状态。

4. 功耗:晶振的功耗通常较低,这使得它适用于电池供电的设备。

四、应用领域晶振广泛应用于各种电子设备,包括计算机、通信设备、消费电子产品等。

它在这些设备中起着关键的作用,为设备提供准确的时钟信号,保证设备的正常运行。

在计算机领域,晶振被用于处理器、主板、内存等部件,确保它们以准确的速度进行工作。

在通信领域,晶振用于手机、无线路由器等设备,提供精确的时钟信号,保证通信的稳定性和可靠性。

在消费电子产品中,晶振被广泛应用于电视、音响、摄像机等设备,提供准确的时钟信号,保证设备的正常运行和功能的实现。

总结:晶振是电子设备中常见的元件,通过晶体的压电效应产生稳定的时钟信号。

晶振基础知识

晶振基础知识

4.晶振的应用 并联电路:
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器 1):如何选择晶体? 对于一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常重要,尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功 耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少,造成晶体起振很慢或根本就不能起振 。这一现象在上电复位时并不特别明显,原因时上电时电路有足够的扰动,很容易建立振荡。在睡眠 唤醒时,电路的扰动要比上电时小得多,起振变得很不容易。在振荡回路中,晶体既不能过激励(容易 振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑:谐振频点,负载电容,激励 功率,温度特性,长期稳定性。 2):晶振驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的 上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值 都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波 形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的 最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。 通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
3).如何选择电容C1,C2? (1):因为每一种晶振都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 (2): 在许可范围内,C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率,越准确越好, C值偏大虽有利于振荡器的稳定,但将会增加起振时间。 (3):应使C2值大于C1值,这样可使上电时,加快晶振起振。
2.晶振的基本原理
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器,是由于它具有正(机械能→电能)、反(电能→机械能)压电效应。沿 石英晶片的电轴或机械轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷,呈现出电压,其 大小与所加力产生的形变成正比;若施加张力,则产生反向电压,这种现象称为正电效应。当沿石英晶 片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种现象称为反压电效应。 因此,在晶体两面三刀端加上交流电压时,晶片会随电压的变化产生机械振动,机械振动又会在晶片内 表面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体,对于某一振动方式,有一个固有的机械谐振频率。当外 加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时,晶片的机械振动幅度最大,流过晶片的电流最大,产生了 共振现象。石英晶片的共振具有多谐性,即除可以基频共振外,还可以谐频共振,通常把利用晶片的基 频共振的谐振器,利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器,一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。 晶片的振动频率与厚度成反比,工作频率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,频率越低),,这样的晶片 其机械强度就越差,加工越困难,而且容易振碎,因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地,在 工作频率小于20MHZ时采用基频晶体,在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。

晶振的作用与原理

晶振的作用与原理

晶振的作用与原理一,晶振的作用(1)晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。

(2)晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.晶振是晶体振荡器的简称。

它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。

在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。

(3)晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。

数字电路的工作是根据电路设计,在某个时刻专门完成特定的任务,如果没有一个时序控制的标准时刻,整个数字电路就会成为“聋子”,不知道什么时刻该做什么事情了。

(4)晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。

如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

(5)电路中,为了得到交流信号,可以用RC、LC谐振电路取得,但这些电路的振荡频率并不稳定。

在要求得到高稳定频率的电路中,必须使用石英晶体振荡电路。

石英晶体具有高品质因数,振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后,振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10^(-11)。

广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。

石英晶振不分正负极, 外壳是地线,其两条不分正负二,晶振的原理;石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振(Crystal Oscillator)是一种基于晶体的电子元件,常用于电子设备中的时钟电路和频率稳定器。

晶振的工作原理是利用晶体的压电效应和谐振效应来产生稳定的振荡信号。

1. 晶体的压电效应晶体具有压电效应,即在晶体的两个相对平行的表面上施加压力时,会在晶体内部产生电荷分布的不均匀,从而产生电势差。

这种压电效应是由于晶体的晶格结构对压力的敏感性导致的。

2. 晶体的谐振效应晶体具有谐振效应,即当外加电场频率等于晶体的固有频率时,晶体会发生共振现象,产生较大的振荡幅度。

这是因为晶体的晶格结构对外加电场的频率具有选择性响应。

基于以上两个原理,晶振的工作可以描述如下:1. 晶振电路的组成晶振电路主要由晶体、电容和放大器组成。

晶体作为振荡元件,电容用于调节振荡频率,放大器用于放大振荡信号。

2. 晶振的工作过程首先,电源提供直流电压给晶振电路。

晶振电路中的放大器将直流电压转换为交流信号,并输入到晶体上。

晶体受到电场的作用,根据压电效应产生电势差,并通过电容调节后反馈给放大器。

当输入信号的频率等于晶体的固有频率时,晶体发生谐振现象,产生稳定的振荡信号。

这个振荡信号经过放大器放大后,输出到外部电路中。

3. 晶振的稳定性晶振具有较高的频率稳定性,这是由于晶体的固有频率非常稳定。

晶体的固有频率主要取决于晶体的物理结构和材料特性,而这些因素在制造过程中可以严格控制,从而保证了晶振的频率稳定性。

4. 晶振的应用晶振广泛应用于各种电子设备中,如计算机、手机、通信设备等。

它们在时钟电路中用于提供稳定的时钟信号,使设备能够按照预定的频率和时间进行工作。

此外,晶振还可以用作频率稳定器,用于调整和控制电子设备中的频率。

总结:晶振是一种基于晶体的电子元件,利用晶体的压电效应和谐振效应来产生稳定的振荡信号。

晶振电路由晶体、电容和放大器组成,工作过程中,晶体受到电场的作用产生电势差,并通过电容反馈给放大器,当输入信号的频率等于晶体的固有频率时,晶体发生谐振现象,产生稳定的振荡信号。

晶振在电路中的作用

晶振在电路中的作用

晶振在电路中的作用1. 引言晶体振荡器(简称晶振)是一种将电能转换为机械振动的装置。

在电子电路中,晶振被广泛应用于时钟、计时、频率稳定和信号发生等各种应用场景。

本文将详细介绍晶振在电路中的作用,包括工作原理、分类、特性以及应用案例等方面。

2. 晶振的工作原理晶振是利用压电效应实现机械振动和电信号转换的装置。

其基本结构由一个压电片和金属片组成,当施加外加电场时,压电片会产生机械应变从而产生机械振动。

这种机械振动会引起金属片上的接点间距变化,从而产生输出信号。

3. 晶振的分类根据频率稳定性和精度要求的不同,晶振可以分为以下几类:3.1 石英晶体振荡器(Quartz Crystal Oscillator)石英晶体是一种高稳定性和高精度的晶体材料,在频率控制方面具有很好的特性。

石英晶体振荡器广泛应用于计算机、通信设备、精密测量仪器等领域。

3.2 陶瓷晶体振荡器(Ceramic Crystal Oscillator)陶瓷晶体振荡器是一种成本较低的晶振,但其频率稳定性和精度相对较差。

由于价格便宜和尺寸小巧,陶瓷晶体振荡器常用于消费类电子产品中。

3.3 表面声波晶体振荡器(Surface Acoustic Wave Oscillator)表面声波晶体振荡器利用表面声波在压电片上传播产生机械振动,具有高频率稳定性和低相位噪声的特点。

该类型的晶振常用于无线通信、雷达系统等高要求的应用场景。

4. 晶振的特性4.1 频率稳定性晶振的频率稳定性是指其输出频率与环境温度、供电电压等因素变化时的偏移程度。

石英晶体具有较好的频率稳定性,其温度系数一般在10-6至10-5之间。

4.2 相位噪声晶振的相位噪声是指其输出信号相位随时间变化的不稳定性。

相位噪声越低,表示晶振输出信号的频率纯净度越高。

石英晶体振荡器具有较低的相位噪声,适用于需要高精度时钟和通信系统。

4.3 启动时间启动时间是指晶振从断电到开始稳定输出所需的时间。

一般来说,石英晶体振荡器的启动时间较短,可以在几毫秒内实现稳定输出。

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晶振的基本原理及特性晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路;实际的晶振交流等效电路如图1b,其中Cv是用来调节振荡频率,一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现,这也是压控作用的机理;把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。

其中Co,C1,L1,RR是晶体的等效电路。

分析整个振荡槽路可知,利用Cv来改变频率是有限的:决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv 三个电容串联后和Co并联再和C1串联。

可以看出:C1越小,Co越大,Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。

因而能“压控”的频率范围也越小。

实际上,由于C1很小(1E-15量级),Co不能忽略(1E-12量级,几PF)。

所以,Cv变大时,降低槽路频率的作用越来越小,Cv变小时,升高槽路频率的作用却越来越大。

这一方面引起压控特性的非线性,压控范围越大,非线性就越厉害;另一方面,分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小,最后导致停振。

采用泛音次数越高的晶振,其等效电容C1就越小;因此频率的变化范围也就越小。

晶振的指标总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。

说明:总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。

一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。

例如:精密制导雷达。

频率稳定度:任何晶振,频率不稳定是绝对的,程度不同而已。

一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。

图中表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。

图2 晶振输出频率随时间变化的示意图曲线1是用0.1秒测量一次的情况,表现了晶振的短稳;曲线3是用100秒测量一次的情况,表现了晶振的漂移;曲线4 是用1天一次测量的情况。

表现了晶振的老化。

频率温度稳定度:在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

ft=±(f max-fmin)/(fmax+fmin)ftref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|,|(fmin-fref)/fref|]ft:频率温度稳定度(不带隐含基准温度)ftref:频率温度稳定度(带隐含基准温度)fmax :规定温度范围内测得的最高频率fmin:规定温度范围内测得的最低频率fref:规定基准温度测得的频率说明:采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高。

开机特性(频率稳定预热时间):指开机后一段时间(如5分钟)的频率到开机后另一段时间(如1小时)的频率的变化率。

表示了晶振达到稳定的速度。

这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用。

说明:在多数应用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机,这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到(尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台,当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),采用OCXO作为本振,频率稳定预热时间将不少于5分钟,而采用MCXO只需要十几秒钟)。

频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系。

这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的,因此,其频率偏移的速率叫老化率,可用规定时限后的最大变化率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。

晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题。

应力要经过一段时间的变化才能稳定,一种叫“应力补偿”的晶体切割方法(SC切割法)使晶体有较好的特性。

污染物和残留气体的分子会沉积在晶体片上或使晶体电极氧化,振荡频率越高,所用的晶体片就越薄,这种影响就越厉害。

这种影响要经过一段较长的时间才能逐渐稳定,而且这种稳定随着温度或工作状态的变化会有反复——使污染物在晶体表面再度集中或分散。

因此,频率低的晶振比频率高的晶振、工作时间长的晶振比工作时间短的晶振、连续工作的晶振比断续工作的晶振的老化率要好。

说明:TCXO的频率老化率为:±0.2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情况,TCXO很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变化引起的频率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意义)。

OCXO的频率老化率为:±0.5ppb~±10ppb/天(加电72小时后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。

短稳:短期稳定度,观察的时间为1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。

晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而产生频谱很宽的不稳定。

测量一连串的频率值后,用阿伦方程计算。

相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有专用仪器测量)。

重现性:定义:晶振经长时间工作稳定后关机,停机一段时间t1(如24小时),开机一段时间t2(如4小时),测得频率f1,再停机同一段时间t1,再开机同一段时间t2,测得频率f2。

重现性=(f2-f1)/f2。

频率压控范围:将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量。

说明:基准电压为+2.5V,规定终点电压为+0.5V和+4.5V,压控晶体振荡器在+0.5V频率控制电压时频率改变量为-2ppm,在+4.5V频率控制电压时频率改变量为+2.1ppm,则VCXO电压控制频率压控范围表示为:≥±2ppm(2.5V±2V),斜率为正,线性为+2.4%。

压控频率响应范围:当调制频率变化时,峰值频偏与调制频率之间的关系。

通常用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB表示。

说明:VCXO频率压控范围频率响应为0~10kHz。

频率压控线性:与理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。

说明:典型的VCXO频率压控线性为:≤±10%,≤±20%。

简单的VCXO频率压控线性计算方法为(当频率压控极性为正极性时):频率压控线性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%fmax:VCXO在最大压控电压时的输出频率fmin:VCXO在最小压控电压时的输出频率f0:压控中心电压频率单边带相位噪声£(f):偏离载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。

输出波形:从大类来说,输出波形可以分为方波和正弦波两类。

方波主要用于数字通信系统时钟上,对方波主要有输出电平、占空比、上升/下降时间、驱动能力等几个指标要求。

随着科学技术的迅猛发展,通信、雷达和高速数传等类似系统中,需要高质量的信号源作为日趋复杂的基带信息的载波。

因为一个带有寄生调幅及调相的载波信号(不干净的信号)被载有信息的基带信号调制后,这些理想状态下不应存在的频谱成份(载波中的寄生调制)会导致所传输的信号质量及数传误码率明显变坏。

所以作为所传输信号的载体,载波信号的干净程度(频谱纯度)对通信质量有着直接的影响。

对于正弦波,通常需要提供例如谐波、噪声和输出功率等指标。

晶振的分类根据晶振的功能和实现技术的不同,可以将晶振分为以下四类:1) 恒温晶体振荡器(以下简称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,将晶体置于恒温槽内,通过设置恒温工作点,使槽体保持恒温状态,在一定范围内不受外界温度影响,达到稳定输出频率的效果。

这类晶振主要用于各种类型的通信设备,包括交换机、SDH传输设备、移动通信直放机、GPS接收机、电台、数字电视及军工设备等领域。

根据用户需要,该类型晶振可以带压控引脚。

OCXO的工作原理如下图3所示:图3 恒温晶体振荡器原理框图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。

我公司生产的此类晶振的典型指标如下:2) 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)。

其对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段,主要原理是通过感应环境温度,将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率,达到稳定输出频率的效果。

传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿,随着补偿技术的发展,很多数字化补偿大TCXO开始出现,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MCXO,由于采用了数字化技术,这一类型的晶振再温度特性上达到了很高的精度,并且能够适应更宽的工作温度范围,主要应用于军工领域和使用环境恶劣的场合。

在广大研发人员的共同努力下,我公司自主开发出了高精度的MCXO,其设计原理和在世界范围都是领先的,配以高度自动化的生产测试系统,其月产可以达到5000只,其设计原理如图4。

图4 MCXO数字温补晶振原理框图这类型晶振的典型的应用指标如下:3) 普通晶体振荡器(SPXO)。

这是一种简单的晶体振荡器,通常称为钟振,其工作原理为图3中去除“压控”、“温度补偿”和“AGC”部分,完全是由晶体的自由振荡完成。

这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。

4) 压控晶体振荡器(VCXO)。

这是根据晶振是否带压控功能来分类,带压控输入引脚的一类晶振叫VCXO,以上三种类型的晶振都可以带压控端口。

石英晶体振荡器的特点石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)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薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

2、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。

反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应。

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