通過設(shè)計，大多數(shù)電子系統(tǒng)都需要某種類型的振蕩器作為關(guān)鍵構(gòu)件。一些典型的用途包括：數(shù)字系統(tǒng)中用于同步操作的時鐘；用于接收器或發(fā)射器的穩(wěn)定RF信號；精確的頻率參考以進(jìn)行精確的測量；或?qū)崟r時鐘以獲取準(zhǔn)確的時間。振蕩器的系統(tǒng)規(guī)格和所需功能將決定大多數(shù)晶體振蕩器參數(shù)。

任何振蕩器的關(guān)鍵組件都是諧振器，它可以控制頻率并確定可以達(dá)到的穩(wěn)定性水平。

盡管用LC或RC諧振器實現(xiàn)的簡單振蕩器可以滿足某些應(yīng)用的要求，但增加石英晶體將大大提高器件的頻率穩(wěn)定性幾個數(shù)量級，通常需要成本低。

1、頻率穩(wěn)定性和溫度范圍

所需的頻率穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)要求。振蕩器的穩(wěn)定性可以簡單表示為：由某種原因引起的頻率變化除以中心頻率。

換句話說：穩(wěn)定性=頻率變化÷中心頻率

例如，如果振蕩器的輸出頻率為10MHz，并且溫度變化10 Hz，則其溫度穩(wěn)定性為：10/10,000,000=1x10-6=1ppm。晶體振蕩器的典型穩(wěn)定性可以在100 ppm至0.001 ppm之間。頻率穩(wěn)定性通常取決于應(yīng)用程序的要求，而應(yīng)用程序的要求又決定了所需的晶體振蕩器的類型。振蕩器應(yīng)工作的溫度范圍是確定可達(dá)到的穩(wěn)定性的主要因素。

2、輸出頻率

任何振蕩器的最基本特性是它產(chǎn)生的頻率。根據(jù)定義，振蕩器是一種接受輸入電壓（通常為DC電壓）并以一定頻率產(chǎn)生重復(fù)AC輸出的設(shè)備。所需的頻率取決于系統(tǒng)的類型以及振蕩器的使用方式。

某些應(yīng)用需要kHz范圍內(nèi)的低頻晶體。一個常見的例子是32.768 kHz手持（手表）晶體。但是，當(dāng)今的大多數(shù)應(yīng)用都需要更高頻率的晶體，頻率范圍從小于10 MHz到大于100 MHz。

晶振類型

簡單晶體振蕩器（XO）-這是最基本的類型，其穩(wěn)定性完全取決于晶體諧振器本身的固有特性。 MHz范圍內(nèi)最高頻率的晶體由石英棒制成，并且其制造過程必須符合：即使環(huán)境溫度在-55C至+ 125C（-67F至+ 257）之間變化F），則可以提供穩(wěn)定的頻率。即使在如此寬的溫度范圍內(nèi)，正確切割的石英晶體也可以實現(xiàn)25 ppm的穩(wěn)定性。與其他無源諧振器（例如隨溫度變化高達(dá)1（10,000 ppm）或更高的LC振蕩器電路）相比，晶體振蕩器的性能得到了根本改善。但是對于某些應(yīng)用，即使25 ppm也是不夠的，因此必須采取其他措施。

溫度補償晶體振蕩器（TCXO）：如果石英晶體的固有頻率和溫度穩(wěn)定性不能滿足應(yīng)用要求，則可以使用溫度補償單元。 TCXO使用溫度感測設(shè)備和生成電壓曲線的電路。在整個溫度范圍內(nèi)，電壓曲線與晶體的頻移趨勢完全相反，因此可以理想地補償晶體漂移。根據(jù)TCXO的類型和溫度范圍，TCXO的典型穩(wěn)定性規(guī)格范圍小于0.5ppm至5ppm。

可控恒溫晶體振蕩器既高穩(wěn)晶振（OCXO）：對于某些應(yīng)用，TCXO的頻率-溫度穩(wěn)定性指標(biāo)仍不能滿足要求。在這些情況下，可能需要OCXO。顧名思義，帶有烘烤腔的振蕩器將玻璃加熱到更高的溫度，即使環(huán)境溫度變化很大，受控的溫度也會使玻璃溫度保持穩(wěn)定。由于晶體和振蕩器敏感部分的溫度變化很小，因此頻率和環(huán)境溫度之間的穩(wěn)定性得到了顯著改善。在環(huán)境溫度范圍內(nèi)，OCXO的穩(wěn)定性可以達(dá)到0.001ppm。但是，這種穩(wěn)定性的提高是以較高的能量消耗為代價的，當(dāng)然，需要能量來為烤箱提供熱量。典型的OCXO可能需要1至5 W的功率來維持內(nèi)部溫度。啟動后，您仍然需要等待預(yù)熱時間以使溫度和頻率穩(wěn)定下來。根據(jù)晶體振蕩器的類型，預(yù)熱時間通常為1分鐘到10分鐘以上，高穩(wěn)晶振和低相噪晶振均可用OCXO來實現(xiàn)。

壓控晶體振蕩器（VCXO）-在某些應(yīng)用中，希望能夠調(diào)諧或調(diào)整振蕩器的頻率，以將其同相鎖定到鎖相環(huán)中的參考電壓，或者調(diào)制波形。 VCXO通過電子頻率控制（EFC）電壓輸入提供此功能。對于某些專用設(shè)備，VCXO調(diào)整范圍規(guī)格可以為10 ppm至100 ppm（甚至更高）。

TCVCXO和VCOCXO：TCXO或OCXO通常包括EFC輸入電壓。這樣可以進(jìn)行調(diào)整，以將輸出頻率準(zhǔn)確地校準(zhǔn)到標(biāo)稱值。

5、輸出波形

接下來，選擇輸出波形以匹配振蕩器將在系統(tǒng)上驅(qū)動的負(fù)載。 CMOS——是最常見的輸出之一，用于控制邏輯電平輸入。 CMOS輸出將是在地電位和系統(tǒng)的Vdd軌之間振蕩的方波。對于高于約100 MHz的較高頻率，通常使用差分方波。這些振蕩器具有兩個相位差為180的輸出，具有快速的上升和下降時間，并且抖動很小。最常見的類型是LVPECL和LVDS。如果使用振蕩器來驅(qū)動RF組件（例如混頻器或其他具有50輸入阻抗的設(shè)備），則通常會在特定功率水平上指定正弦波輸出。產(chǎn)生的輸出功率通常在0dBm至+ 13dBm（1mW至20mW）之間，但是如果需要的話，可以產(chǎn)生更高的功率。

4、輸入電壓和功率

通常，可以將任何類型的晶體振蕩器設(shè)計為以系統(tǒng)中已經(jīng)存在的DC輸入電源電壓工作。在數(shù)字系統(tǒng)中，通常期望用與將驅(qū)動振蕩器的系統(tǒng)中的邏輯器件使用的電壓匹配的電壓來控制晶體振蕩器，以使邏輯電平直接兼容。這些數(shù)字單元的典型輸入為+3.3V或+ 5V。具有更高功率輸出的其他設(shè)備可以使用更高的電壓，例如+ 12V或+ 15V。另一個考慮因素是為設(shè)備流量供電所需的電力。 XO或TCXO可能僅需要幾個mA，因此在低壓系統(tǒng)中，它們的功耗可能小于0.01W。另一方面，在加電時，某些OCXO可能需要5W或6W。

5、封裝尺寸和外形

根據(jù)振蕩器的類型和規(guī)格，對晶體封裝的要求會有很大的不同。簡單的時鐘振蕩器和某些TCXO可以小至1.2*2.5mm的封裝尺寸；而某些OCXO可能高達(dá)20*12mm，對于某些特定設(shè)計甚至更大。盡管某些通孔封裝（例如雙列直插式4或14引腳類型）仍用于較大的組件（例如專用OCXO或TCXO），但大多數(shù)當(dāng)前設(shè)計都使用表面貼裝封裝。這些表面安裝配置可以是具有I/O結(jié)構(gòu)的密封陶瓷封裝或基于FR-4的組件。

如上所述，在選擇晶體振蕩器時，要考慮許多不同的選擇。但是，在檢查使用晶體振蕩器的系統(tǒng)時，最方便的選擇將顯而易見。諸如可用于為晶體供電的輸入電壓以及將驅(qū)動振蕩器輸出的器件類型之類的因素。還必須考慮其他應(yīng)用程序限制，例如物理大小和操作環(huán)境。除了這些基本參數(shù)外，還必須考慮許多其他特定應(yīng)用規(guī)范。但是，綜合考慮這些因素后，您很可能會找到滿足您系統(tǒng)要求的晶體。

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