晶體振蕩器石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器,被廣泛應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類(lèi)振蕩電路中,以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。 國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)將石英晶體振蕩器分為4類(lèi):普通晶體振蕩(SPXO),電壓控制式晶體振蕩器(VCXO),溫度補(bǔ)償式晶體振蕩(TCXO),恒溫控制式晶體振蕩(OCXO)。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補(bǔ)償式晶體損振蕩(DCXO)微機(jī)補(bǔ)償晶體振蕩器(MCXO)等等。
介石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結(jié)晶體)的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件,它的基本構(gòu)成大致是:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡(jiǎn)稱(chēng)為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極,在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳 上,再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器,簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振[1];而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱(chēng)為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
應(yīng)用
1.通用晶體振蕩器,用于各種電路中,產(chǎn)生振蕩頻率。
2.時(shí)鐘脈沖用石英晶體諧振器,與其它元件配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào),廣泛用于數(shù)字電路中。
3.微處理器用石英晶體諧振器。
4.CTVVTR用石英晶體諧振器。
5.鐘表用石英晶體振蕩器。
技術(shù)指標(biāo)
?、笨傤l差:在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標(biāo)稱(chēng)頻率的最大頻差。說(shuō)明:總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率溫度準(zhǔn)確度、頻率老化率、頻率電源電壓穩(wěn)定度和頻率負(fù)載穩(wěn)定度共同造成的最大頻差。一般只在對(duì)短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心,而對(duì)其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場(chǎng)合采用。例如:精密制導(dǎo)雷達(dá)。
?、?頻率溫度穩(wěn)定度:在標(biāo)稱(chēng)電源和負(fù)載下,工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準(zhǔn)溫度或帶隱含基準(zhǔn)溫度的最大允許頻偏。
fT=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)
fTref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|,|(fmin-fref)/fref|] fT:頻率溫度穩(wěn)定度(不帶隱含基準(zhǔn)溫度)
fTref:頻率溫度穩(wěn)定度(帶隱含基準(zhǔn)溫度)
fmax :規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的最高頻率
fmin:規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的最低頻率
fref:規(guī)定基準(zhǔn)溫度測(cè)得的頻率
說(shuō)明:采用fTref指標(biāo)的晶體振蕩器其生產(chǎn)難度要高于采用fT指標(biāo)的晶體振蕩器,故fTref指標(biāo)的晶體振蕩器售價(jià)較高。
?、?頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間:以晶體振蕩器穩(wěn)定輸出頻率為基準(zhǔn),從加電到輸出頻率小于規(guī)定頻率允差所需要的時(shí)間。說(shuō)明:在多數(shù)應(yīng)用中,晶體振蕩器是長(zhǎng)期加電的,然而在某些應(yīng)用中晶體振蕩器需要頻繁的開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī),這時(shí)頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間指標(biāo)需要被考慮到(尤其是對(duì)于在苛刻環(huán)境中使用的軍用通訊電臺(tái),當(dāng)要求頻率溫度穩(wěn)定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),采用OCXO作為本振,頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間將不少于5分鐘,而采用DTCXO只需要十幾秒鐘)。
⒋ 頻率老化率:在恒定的環(huán)境條件下測(cè)量振蕩器頻率時(shí),振蕩器頻率和時(shí)間之間的關(guān)系。這種長(zhǎng)期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的,可用規(guī)定時(shí)限后的最大變化率(如±10ppb/天,加電72小時(shí)后),或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))來(lái)表示。說(shuō)明:TCXO的頻率老化率為:±0.2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情況,TCXO很少采用每天頻率老化率的指標(biāo),因?yàn)榧词乖趯?shí)驗(yàn)室的條件下,溫度變化引起的頻率變化也將大大超過(guò)溫度補(bǔ)償晶體振蕩器每天的頻率老化,因此這個(gè)指標(biāo)失去了實(shí)際的意義)。OCXO的頻率老化率為:±0.5ppb~±10ppb/天(加電72小時(shí)后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。
⒌頻率壓控范圍:將頻率控制電壓從基準(zhǔn)電壓調(diào)到規(guī)定的終點(diǎn)電壓,晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。說(shuō)明:基準(zhǔn)電壓為+2.5V,規(guī)定終點(diǎn)電壓為+0.5V和+4.5V,壓控晶體振蕩器在+0.5V頻率控制電壓時(shí)頻率改變量為-110ppm,在+4.5V頻率控制電壓時(shí)頻率改變量為+130ppm,則VCXO電壓控制頻率壓控范圍表示為:≥±100ppm(2.5V±2V)。
?、秹嚎仡l率響應(yīng)范圍:當(dāng)調(diào)制頻率變化時(shí),峰值頻偏與調(diào)制頻率之間的關(guān)系。通常用規(guī)定的調(diào)制頻率比規(guī)定的調(diào)制基準(zhǔn)頻率低若干dB表示。說(shuō)明:VCXO頻率壓控范圍頻率響應(yīng)為0~10kHz。
⒎頻率壓控線(xiàn)性:與理想(直線(xiàn))函數(shù)相比的輸出頻率-輸入控制電壓傳輸特性的一種量度,它以百分?jǐn)?shù)表示整個(gè)范圍頻偏的可容許非線(xiàn)性度。說(shuō)明:典型的VCXO頻率壓控線(xiàn)性為:≤±10%,≤±20%。簡(jiǎn)單的VCXO頻率壓控線(xiàn)性計(jì)算方法為(當(dāng)頻率壓控極性為正極性時(shí)):
頻率壓控線(xiàn)性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%
fmax:VCXO在最大壓控電壓時(shí)的輸出頻率
fmin:VCXO在最小壓控電壓時(shí)的輸出頻率
f0:壓控中心電壓頻率
?、竼芜厧辔辉肼暋辏╢):偏離載波f處,一個(gè)相位調(diào)制邊帶的功率密度與載波功率之比。
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