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石英晶體振蕩器的特點和工作原理

如意 ? 來源:晶科鑫 ? 作者:晶科鑫 ? 2020-06-19 09:08 ? 次閱讀

石英晶體振蕩器(Crystal Oscillator)在國內很多人叫做有源晶振、鐘振,我們在國際上查找時很多人叫做Crystal Clock Oscillator等名稱,但是不管怎樣,按照比較常用的分類,我們一般將石英晶體振蕩器分為6類:普通晶體振蕩(SPXO-Simple Packaged Crystal Oscillator),差分輸出晶體振蕩器(Differential Output Crystal Oscillator),電壓控制式晶體振蕩器(VCXO-Voltage Controlled Crystal Oscillator),溫度補償式晶體振蕩(TCXO-Temperature Compensate Crystal Oscillator),恒溫控制式晶體振蕩(OCXO-Oven Controlled Crystal Oscillator),32.768kHz晶體振蕩器(32kHz Crystal Oscillator )。國際上分為4大類(SPXO含差分輸出晶體振蕩器和32.768kHz晶體振蕩器、VCXO、TCXO、OCXO)。

1. 普通晶體振蕩器(SPXO)可產生10^(-6)~10^(-5)量級的頻率精度,標準頻率1—180MHZ,頻率穩定度是±50ppm,輸出模式為CMOS或TTL。SPXO沒有采用任何溫度頻率補償措施,價格低廉,通常用作微處理器時鐘器件。封裝尺寸范圍從21×14×6mm到2.0×1.6×0.75mm。

2. 差分輸出晶體振蕩器指的輸出模式上有LVPECL、LVDS、HCSL不同信號輸出的普通晶體振蕩器,主要以電路上的相噪這一塊有特殊的抑制方法,其頻率輸出較高從25MHz~700MHz,頻率精度常見有25ppm,50ppm,100ppm,目前在市場上常見封裝有7.0×5.0mm,5.0×3.2mm和14×9.0mm,另外還有3.2×2.5mm的,我們見得比較少。

3. 電壓控制式晶體振蕩器(VCXO)的精度是10^(-6)~10^(-5)量級,頻率范圍1~700MHz,輸出模式有CMOS、TTL(漸淘汰)、LVPECL、LVDS、HCSL。頻率穩定度有25ppm,50ppm,100ppm等。封裝尺寸基本和普通晶體振蕩器一樣。

4. 溫度補償式晶體振蕩器(TCXO)采用溫度敏感器件進行溫度頻率補償,頻率范圍5—60MHz,頻率穩定度為±0.1~±2ppm,封裝尺寸如DIP14,DIP8、7050,5032,3225,2520,2016,1612等,通常用于手持電話、蜂窩電話、雙向無線通信設備、可穿戴智能設備等。

5. 恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)將晶體和振蕩電路置于恒溫槽中,以消除環境溫度變化對頻率的影響。OCXO頻率精度是ppb量級,對某些特殊應用甚至達到更高。頻率穩定度在四種類型振蕩器中最高。常見頻率10MHz, 12.8MHz, 13MHz, 38.88MHz等頻率。

6. 32.768kHz晶體振蕩器,輸出模式為CMOS,頻率為32.768kHz,精度為25ppm,50ppm,常見封裝為2.5×2.0mm,3.2×2.5mm,5.0×3.2mm,7.0×5.0mm這幾個封裝,同時TCXO也有相同封裝的32.768kHz的產品,精度高。

石英晶體晶振蕩器的主要參數有標稱頻率、輸出類型、電壓、老化率、頻率準確度、頻率穩定度,相位噪聲等。

標稱頻率:是指晶體振蕩器的標稱輸出頻率,以MHz或kHz表示。

輸出類型:主要有CMOS、TTL、LVPECL、LVDS、HCSL、Clipped Sine wave、Sine Wave等類型。

電壓:工作電壓,常見工作電壓,1.8V,2.5V,3.3V,5.0V,12V。

老化率:隨著時間的推移,頻率值隨著變化的大小,有年老化和日老化兩種指標,也有一些廠家提到10年或20年老化率的指標。

頻率準確度:通常是指常溫(25度)下,所測晶振頻率相對標稱頻率的差值。

頻率穩定度:一般是指頻率溫度穩定度,是指在晶振的工作溫度范圍內頻率隨著溫度變化的大小,一般用ppm或ppb來標示,1ppm=0.001ppm=1*10-9。

相位噪聲:信號功率與噪聲功率的比率(C/N),是表征頻率顫抖的技術指標。一般來說雷達、音視頻傳輸、網絡通信基站等設備會對相位噪聲有特殊要求。

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