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            公司新聞

            有源、無(wú)源晶振

            有源晶振與無(wú)源晶振

            一、石英晶體諧振器
            A、主要指標
            1.頻率 f       
            2.頻率公差  
            3.切型 AT BT SC     
            4.泛音次數  基頻  三次泛音 五次泛音 七次泛音  
            5.電阻 Rr RL    
            6.負載電容  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(wú)源晶振
              石英晶片之所以能當為振蕩器使用,是基于它的壓電效應:在晶片的兩個(gè)極上加一電場(chǎng),
            會(huì )使晶體產(chǎn)生機械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng),同時(shí)機械
            變形振動(dòng)又會(huì )產(chǎn)生交變電場(chǎng),雖然這種交變電場(chǎng)的電壓極其微弱,但其振動(dòng)頻率是十分穩定的。當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),機械振動(dòng)的幅度將急劇增加,這種現象稱(chēng)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(chēng)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(chēng)作“無(wú)源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類(lèi)型。無(wú)源晶振與有源晶振的英文名稱(chēng)不同,無(wú)源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無(wú)源晶振是有2個(gè)引腳的無(wú)極性元件,需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號,自身無(wú)法振蕩起來(lái),所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準確;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(lèi):

            按照其功能類(lèi)型可分為四種:
            SPXO  簡(jiǎn)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、常規批量生產(chǎn)可達到的穩定度:
                            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

             

            工作溫度范圍內的穩定度要求 典型應用            振蕩器類(lèi)型
            ±0.2ppm          電信傳輸設備的時(shí)鐘基準          OCXO
            ±0.2~±0.5ppm 電信傳輸設備的Stratum3時(shí)鐘基準   OCXO,帶模擬集成電路的TCXO
            ±0.5~±1.0ppm **無(wú)線(xiàn)電設備,E-911蜂窩定位器帶模擬集成電路的TCXO
            ±1.0~±2.5ppm 移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電設備(例如應急通信設備) 帶模擬集成電路的TCXO
            ±2.5~±10ppm    移動(dòng)電話(huà) 帶電熱調節的TCXO
            ±10~±20ppm     傳真機 TCXO,VCXO,SPXO  
                > ±20ppm   計算機時(shí)鐘信號源 SPXO/XO

            D、晶體振蕩器主要技術(shù)指標:
            1)標稱(chēng)頻率
            2)中心頻率偏差
            3)頻率調整范圍(機械或壓控)
            4)工作溫度范圍
            5)壓控特性(電壓范圍、極性、線(xiàn)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)電壓變化頻率穩定度
            9)負載變化頻率穩定度
            10)溫度頻率穩定度
            11)負載能力
            12)頻率老化(長(cháng)期頻率穩定度)
            13)短期頻率穩定度
            14)相位噪聲
            15)開(kāi)機特性

            E、晶體振蕩器-SPXO:
            簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器,沒(méi)有電壓控制和溫度補償,頻率溫度特性取決于晶體單元,
            稱(chēng)為SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator )或時(shí)鐘(Clock)。

            F、溫度補償晶體振蕩器-TCXO:
            1.直接溫度補償晶體振蕩器
            2.間接溫度補償晶體振蕩器

            G、恒溫晶體振蕩器 - OCXO
            近年來(lái),由于技術(shù)的發(fā)展,OCXO多采用功率器件直接加熱的方法,只有一些指標要求很高的OCXO才使用恒溫槽。

            H、OCXO主要技術(shù)指標定義的IEC標準

            1)標稱(chēng)頻率(Nominalfrequency)
               振蕩器標明的工作頻率。
            2)中心頻率偏差 (Frequency accuracy)
               在基準點(diǎn)溫度環(huán)境(25±2 ℃)和中心控制電壓時(shí),測得的頻率值與標稱(chēng)頻率的偏差。
            3)頻率調諧范圍(Frequencyadjustmentrange)
               用某種可變元件使振蕩器頻率能夠改變的頻率范圍。
               注:調整的目的:
                 1)把頻率調到規定調整范圍內的任一特定值。
                 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定值。
                  調整的方式:
                  3)調節方式有機械調節和電壓調節兩種
                 4)可變元件通常指變容二極管、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性能均不超過(guò)規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)頻率溫度穩定度越難實(shí)現。
                 2)工作溫度范圍的上限越高,晶體拐點(diǎn)設置越高,晶體成本上升越多。
            5)壓控特性(電壓范圍、極性、線(xiàn)性、壓控輸入阻抗)
            當控制電壓變化時(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(lái)調節頻率的電壓的可調范圍。常見(jiàn)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變化的時(shí)候,振蕩器的頻率能夠變化的范圍。
               3)極性:當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,反之為負極性。
               4)線(xiàn)性度:理想的壓控電壓和頻率變化量的關(guān)系是線(xiàn)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(xiàn)性度,通常用百分比表示。
               5)如果系統不能給出穩定的電壓信號,或者對輸出頻率有嚴格的控制要求時(shí),通常振蕩器可以自己給
                  出經(jīng)過(guò)穩壓后的精準的電壓供壓控電壓用,這個(gè)精準的電壓就是參考電壓。
            6)輸出波形(Output waveform)    正弦: 負載能力
               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(jiàn)輸出波形及輸出特性指標:
              1)正弦波(Sine):諧波抑制(Harmonic attenuation)、
                 雜波抑制(Noiseattenuation )、負載(Load)、輸出幅度(Outputlevel)。
              2)削峰正弦波(ClippingSine):負載(Load)、輸出幅度(Outputlevel)。
              3)方波(Square):又分為MOS和TTL兩類(lèi)輸出。
                 負載(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)頻率溫度穩定度 (Frequencystabilityovertemp.)
              其它條件不變時(shí),由于振蕩器工作在規定的溫度范圍內引起的相對于基準溫度時(shí)的頻率偏移。
            9)負載變化頻率穩定度 (FrequencystabilityVsvoltage+/-5% )
              其它條件不變時(shí),由于負載阻抗在規定范圍內變化引起的相對于規定的負載條件時(shí)的頻率偏移。
            10)電源變化頻率穩定度 (FrequencystabilityVsLoad+/-10% )
               其它條件不變時(shí),由于電源電壓在規定范圍內變化引起的相對于規定的電源電壓時(shí)的頻率偏移。
            11)老化率(長(cháng)期頻率穩定度)(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(cháng)期變化造成的,可以用規定時(shí)間間隔內平均頻率的相對變化來(lái)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。
                   又稱(chēng)為日老化率、長(cháng)穩等。
            12)短期頻率穩定度(Short term stability)
                  振蕩器短時(shí)間內的頻率隨機起伏程度。
                注:以秒為單位,又稱(chēng)為秒基穩定度、秒穩、短穩等。
            13)相位噪聲(Phase noise)
                振蕩器短期頻率穩定度的頻域量度,通常用相應起伏功率譜密度SΨ(f) 表示,其中相位起伏函數為Ψ(f)=2πFt-2πF0t
                注:抖動(dòng)是振蕩器短期頻率穩定度的時(shí)域量度,實(shí)際上和相位噪聲都是頻率短期穩定度的一種度量方式。
            14)其他指標:功耗,開(kāi)機特性,重現性,可工作溫度范圍,抗機械沖擊性能,抗電脈沖沖擊性能,存儲溫度范圍, 重力加速度頻率穩定度,恒溫報警,三態(tài)控制
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