晶體振蕩器，是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片），石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振
；而在封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一般用金屬外殼封裝
，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。本文介紹的晶體振蕩器有如下4種：恒溫晶體振蕩器（OCXO）、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、普通晶體振蕩器(SPXO)、壓控晶體振蕩器(VCXO)。

 

 

zheleixingjingzhenduiwenduwendingxingdejiejuefangancaiyonglehengwencaojishu，jiangjingtizhiyuhengwencaonei，tongguoshezhihengwengongzuodian，shicaotibaochihengwenzhuangtai，zaiyidingfanweineibushouwaijiewenduyingxiang，dadaowendingshuchupinlvdexiaoguo。zheleijingzhenzhuyaoyongyugezhongleixingdetongxinshebei，baokuojiaohuanji、SDH傳輸設備、移動通信直放機、GPS接收機
、電台、數字電視及軍工設備等領域。根據用戶需要
，該類型晶振可以帶壓控引腳。OCXO的工作原理如下圖所示：

 

恒溫晶體振蕩器原理框圖

 

OCXOdezhuyaoyoudianshi
，youyucaiyonglehengwencaojishu，pinlvwendutexingzaisuoyouleixingjingzhenzhongshizuihaode，youyudianlushejijingmi

，qiduanwenhexiangweizaoshengdoujiaohao。zhuyaoquedianshigonghaoda、體積大，需要5分鍾左右的加熱時間才能正常工作等。我公司生產的此類晶振的典型指標如下：

 

 

 

TCXO溫wen補bu晶jing振zhen是shi通tong過guo其qi附fu加jia的de溫wen度du補bu償chang電dian路lu使shi周zhou圍wei溫wen度du變bian化hua產chan生sheng的de振zhen蕩dang頻pin率lv變bian化hua量liang削xue減jian的de一yi種zhong石shi英ying晶jing體ti振zhen蕩dang器qi。它ta的de溫wen度du補bu償chang的de原yuan理li呢ne就jiu是shi通tong過guo改gai變bian振zhen蕩dang回hui路lu中zhong的de負fu載zai電dian容rong，使shi其qi隨sui溫wen度du變bian化hua來lai補bu償chang諧xie振zhen器qi由you於yu環huan境jing溫wen度du變bian化hua所suo產chan生sheng的de頻pin率lv漂piao移yi。

 

晶(jing)振(zhen)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)為(wei)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)基(ji)本(ben)的(de)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)。通(tong)常(chang)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)共(gong)用(yong)一(yi)個(ge)晶(jing)振(zhen)

，便(bian)於(yu)各(ge)部(bu)分(fen)保(bao)持(chi)同(tong)步(bu)。有(you)些(xie)通(tong)訊(xun)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)頻(pin)和(he)射(she)頻(pin)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)晶(jing)振(zhen)，而(er)通(tong)過(guo)電(dian)子(zi)調(tiao)整(zheng)頻(pin)率(lv)的(de)方(fang)法(fa)保(bao)持(chi)同(tong)步(bu)。

 

 

晶(jing)振(zhen)通(tong)常(chang)與(yu)鎖(suo)相(xiang)環(huan)電(dian)路(lu)配(pei)合(he)使(shi)用(yong)
，以(yi)提(ti)供(gong)係(xi)統(tong)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)。如(ru)果(guo)不(bu)同(tong)子(zi)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)的(de)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)，可(ke)以(yi)用(yong)與(yu)同(tong)一(yi)個(ge)晶(jing)振(zhen)相(xiang)連(lian)的(de)不(bu)同(tong)鎖(suo)相(xiang)環(huan)來(lai)提(ti)供(gong)。

 

其(qi)對(dui)溫(wen)度(du)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)采(cai)用(yong)了(le)一(yi)些(xie)溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)手(shou)段(duan)
，主(zhu)要(yao)原(yuan)理(li)是(shi)通(tong)過(guo)感(gan)應(ying)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)，將(jiang)溫(wen)度(du)信(xin)息(xi)做(zuo)適(shi)當(dang)變(bian)換(huan)後(hou)控(kong)製(zhi)晶(jing)振(zhen)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)
，達(da)到(dao)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)的(de)效(xiao)果(guo)。傳(chuan)統(tong)的(de)TCXO是采用模擬器件進行補償
，隨著補償技術的發展，很多數字化補償大TCXO開始出現

，這種數字化補償的TCXO又叫DTCXO，用單片機進行補償時我們稱之為MCXO，由you於yu采cai用yong了le數shu字zi化hua技ji術shu，這zhe一yi類lei型xing的de晶jing振zhen再zai溫wen度du特te性xing上shang達da到dao了le很hen高gao的de精jing度du
，並bing且qie能neng夠gou適shi應ying更geng寬kuan的de工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei，主zhu要yao應ying用yong於yu軍jun工gong領ling域yu和he使shi用yong環huan境jing惡e劣lie的de場chang合he。在zai廣guang大da研yan發fa人ren員yuan的de共gong同tong努nu力li下xia
，我wo公gong司si自zi主zhu開kai發fa出chu了le高gao精jing度du的deMCXO，其設計原理和在世界範圍都是領先的，配以高度自動化的生產測試係統

，其月產可以達到5000隻
，其設計原理如下圖。

 

 

MCXO數字溫補晶振原理框圖

 

這類型晶振的典型的應用指標如下：

 

 

 

 

 

這是一種簡單的晶體振蕩器，通常稱為鍾振
，其工作原理為圖3中去除“壓控”、“溫度補償”和“AGC”部分,完全是由晶體的自由振蕩完成。這類晶振主要應用於穩定度要求不高的場合。

 

 

這是根據晶振是否帶壓控功能來分類，帶壓控輸入引腳的一類晶振叫VCXO
，以上三種類型的晶振都可以帶壓控端口。

 

 

總頻差：在規定的時間內
，由於規定的工作和非工作參數全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標稱頻率的最大偏差。

 

說明：總頻差包括頻率溫度穩定度、頻率老化率造成的偏差、頻pin率lv電dian壓ya特te性xing和he頻pin率lv負fu載zai特te性xing等deng共gong同tong造zao成cheng的de最zui大da頻pin差cha。一yi般ban隻zhi在zai對dui短duan期qi頻pin率lv穩wen定ding度du關guan心xin，而er對dui其qi他ta頻pin率lv穩wen定ding度du指zhi標biao不bu嚴yan格ge要yao求qiu的de場chang合he采cai用yong。例li如ru：精密製導雷達。

 

頻率穩定度：任何晶振，頻率不穩定是絕對的
，程度不同而已。一個晶振的輸出頻率隨時間變化的曲線如圖2。圖中表現出頻率不穩定的三種因素：老化、飄移和短穩。

 

晶振輸出頻率隨時間變化的示意圖

 

曲線1是用0.1秒測量一次的情況，表現了晶振的短穩；曲線3是用100秒測量一次的情況，表現了晶振的漂移；曲線4 是用1天一次測量的情況。表現了晶振的老化。
 

頻率溫度穩定度：在標稱電源和負載下，工作在規定溫度範圍內的不帶隱含基準溫度或帶隱含基準溫度的最大允許頻偏。

 

ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)

ftref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜，｜(fmin-fref)/fref｜]

ft：頻率溫度穩定度(不帶隱含基準溫度)

ftref：頻率溫度穩定度(帶隱含基準溫度)

fmax ：規定溫度範圍內測得的最高頻率

fmin：規定溫度範圍內測得的最低頻率

fref：規定基準溫度測得的頻率

 

說明：采用ftref指標的晶體振蕩器其生產難度要高於采用ft指標的晶體振蕩器,故ftref指標的晶體振蕩器售價較高。

 

開機特性（頻率穩定預熱時間）：指開機後一段時間(如5分鍾)的頻率到開機後另一段時間(如1小時)的頻率的變化率。表示了晶振達到穩定的速度。這指標對經常開關的儀器如頻率計等很有用。 

 

說明：zaiduoshuyingyongzhong，jingtizhendangqishichangqijiadiande，ranerzaimouxieyingyongzhongjingtizhendangqixuyaopinfandekaijiheguanji，zheshipinlvwendingyureshijianzhibiaoxuyaobeikaolvdao（尤其是對於在苛刻環境中使用的軍用通訊電台，當要求頻率溫度穩定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃)
，采用OCXO作為本振，頻率穩定預熱時間將不少於5分鍾，而采用MCXO隻需要十幾秒鍾)。 

 

頻率老化率：在(zai)恒(heng)定(ding)的(de)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)下(xia)測(ce)量(liang)振(zhen)蕩(dang)器(qi)頻(pin)率(lv)時(shi)
，振(zhen)蕩(dang)器(qi)頻(pin)率(lv)和(he)時(shi)間(jian)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)。這(zhe)種(zhong)長(chang)期(qi)頻(pin)率(lv)漂(piao)移(yi)是(shi)由(you)晶(jing)體(ti)元(yuan)件(jian)和(he)振(zhen)蕩(dang)器(qi)電(dian)路(lu)元(yuan)件(jian)的(de)緩(huan)慢(man)變(bian)化(hua)造(zao)成(cheng)的(de)，因(yin)此(ci)
，其(qi)頻(pin)率(lv)偏(pian)移(yi)的(de)速(su)率(lv)叫(jiao)老(lao)化(hua)率(lv)
，可(ke)用(yong)規(gui)定(ding)時(shi)限(xian)後(hou)的(de)最(zui)大(da)變(bian)化(hua)率(lv)（如±10ppb/天，加電72小時後）
，或規定的時限內最大的總頻率變化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））來表示。

 

晶體老化是因為在生產晶體的時候存在應力

、汙染物
、殘留氣體、結構工藝缺陷等問題。應力要經過一段時間的變化才能穩定，一種叫“應力補償”的晶體切割方法（SC切割法）使晶體有較好的特性。

 

汙(wu)染(ran)物(wu)和(he)殘(can)留(liu)氣(qi)體(ti)的(de)分(fen)子(zi)會(hui)沉(chen)積(ji)在(zai)晶(jing)體(ti)片(pian)上(shang)或(huo)使(shi)晶(jing)體(ti)電(dian)極(ji)氧(yang)化(hua)，振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)，所(suo)用(yong)的(de)晶(jing)體(ti)片(pian)就(jiu)越(yue)薄(bo)，這(zhe)種(zhong)影(ying)響(xiang)就(jiu)越(yue)厲(li)害(hai)。這(zhe)種(zhong)影(ying)響(xiang)要(yao)經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)較(jiao)長(chang)的(de)時(shi)間(jian)才(cai)能(neng)逐(zhu)漸(jian)穩(wen)定(ding)
，而(er)且(qie)這(zhe)種(zhong)穩(wen)定(ding)隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)或(huo)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)的(de)變(bian)化(hua)會(hui)有(you)反(fan)複(fu)——使汙染物在晶體表麵再度集中或分散。因此，頻率低的晶振比頻率高的晶振、工作時間長的晶振比工作時間短的晶振、連續工作的晶振比斷續工作的晶振的老化率要好。

 

說明：TCXO的頻率老化率為：±0.2ppm～±2ppm（第一年）和±1ppm～±5ppm（十年）（除特殊情況
，TCXOhenshaocaiyongmeitianpinlvlaohualvdezhibiao，yinweijishizaishiyanshidetiaojianxia

，wendubianhuayinqidepinlvbianhuayejiangdadachaoguowendubuchangjingtizhendangqimeitiandepinlvlaohua，yincizhegezhibiaoshiquleshijideyiyi）。OCXO的頻率老化率為：±0.5ppb～±10ppb/天（加電72小時後）
，±30ppb～±2ppm（第一年）
，±0.3ppm～±3ppm（十年）。

 

短穩：短期穩定度，觀察的時間為1毫秒、10毫秒、100毫秒
、1秒、10秒。 

 

晶振的輸出頻率受到內部電路的影響(晶體的Q值

、元器件的噪音
、電路的穩定性
、工作狀態等)而產生頻譜很寬的不穩定。測量一連串的頻率值後，用阿倫方程計算。相位噪音也同樣可以反映短穩的情況(要有專用儀器測量)。

 

重現性：定義：晶振經長時間工作穩定後關機
，停機一段時間t1(如24小時)，開機一段時間t2(如4小時)
，測得頻率f1，再停機同一段時間t1，再開機同一段時間t2，測得頻率f2。重現性=(f2-f1)/f2。 

 

頻率壓控範圍：將頻率控製電壓從基準電壓調到規定的終點電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。

 

說明：基準電壓為＋2.5V
，規定終點電壓為＋0.5V和＋4.5V，壓控晶體振蕩器在＋0.5V頻率控製電壓時頻率改變量為-2ppm，在＋4.5V頻率控製電壓時頻率改變量為＋2.1ppm
，則VCXO電壓控製頻率壓控範圍表示為：≥±2ppm(2.5V±2V)，斜率為正，線性為+2.4%。

 

壓控頻率響應範圍：當調製頻率變化時，峰值頻偏與調製頻率之間的關係。通常用規定的調製頻率比規定的調製基準頻率低若幹dB表示。

 

說明：VCXO頻率壓控範圍頻率響應為0～10kHz。

 

頻率壓控線性：與理想（直線）函數相比的輸出頻率-輸入控製電壓傳輸特性的一種量度，它以百分數表示整個範圍頻偏的可容許非線性度。 

 

說明：典型的VCXO頻率壓控線性為：≤±10%

，≤±20%。簡單的VCXO頻率壓控線性計算方法為(當頻率壓控極性為正極性時)：

 

頻率壓控線性＝±((fmax-fmin)/ f0)×100%

fmax：VCXO在最大壓控電壓時的輸出頻率

fmin：VCXO在最小壓控電壓時的輸出頻率

f0：壓控中心電壓頻率

 

單邊帶相位噪聲￡(f)：偏離載波f處，一個相位調製邊帶的功率密度與載波功率之比。

 

輸出波形：從大類來說，輸出波形可以分為方波和正弦波兩類。

 

方波主要用於數字通信係統時鍾上
，對方波主要有輸出電平、占空比、上升/下降時間、驅動能力等幾個指標要求。

 

隨著科學技術的迅猛發展，通信、雷達和高速數傳等類似係統中
，需要高質量的信號源作為日趨複雜的基帶信息的載波。因為一個帶有寄生調幅及調相的載波信號（不幹淨的信號）被載有信息的基帶信號調製後
，這些理想狀態下不應存在的頻譜成份（載波中的寄生調製）會導致所傳輸的信號質量及數傳誤碼率明顯變壞。所以作為所傳輸信號的載體，載波信號的幹淨程度（頻譜純度）對通信質量有著直接的影響。對於正弦波，通常需要提供例如諧波、噪聲和輸出功率等指標。