本帖最后由 shhanrui 于 2019-9-25 12:40 编辑




晶振主要参数及主要特点


晶振—处于频率信号的器件，现在电子设备中，晶振为其核心器件或者称之为心脏。如果某个晶振无输出，其对应的电路不能工作；射频系统中，晶振不工作，正在射频通道将关闭；不管数字电路应用还是射频电路，都会导致部分系统瘫痪甚至整个系统瘫痪，使得相应设备功能性失效。


因此，晶振是通信系统的核心器件-尤其是军用、飞机、火车、服务器、卫星通信、以及恶劣环境中设备以及与人身安全相关的设备中，晶振更是至关重要。





晶振主要参数：


1，工作电压--如3.3V,5V


2， 输出波形—如clippedsine(削顶正弦波)，CMOS（方波），sine(标准正弦波)，LVDS/PECL(差分信号)


3， 封装：DIP14, 14×9mm,5×7mm, 5×3.2mm, 3.2×2.5mm,2.5×2.0m, 2.0×1.6m(技术发展使得封装趋于小型化)， OCXO 采用恒温槽技术，体积较大，如20×20×12.7mm（高度12.7mm）


4， 温度稳定度—指的工作温度范围内，晶振输出频率的偏差，温度稳定度曲线


OCXO: 采用恒温槽以力争让晶体处于常温25度状态（25度状态时晶振最稳定的输出），温度稳定度处于ppb(10E-9)级别，如1ppb over -40 to +85, 5ppbover -40 to +85, 50ppb over -40 to +85.


TCXO：使用温补补偿技术，使得在工作温度范围内，让晶振处于相对稳定状态。目前常见的是+/-0.5ppm(1ppm=1000ppb), 目前最好的可以做到+/-0.14ppmover -40 to +85. 较好的+/-0.3ppm over -40 to+85.+/-0.28ppm over -40 to +85.


XO: 温度稳定度一般+/-50ppm over -40 to +85, 目前较好的可以做到+/-10ppmover -40 to +85.


VCXO： 与XO类似，使用VC功能，可以对频率输出进行调整。


5， 相位噪声phase noise—各种噪声的作用下引起的系统输出信号相位的随机变化。比如-160dBc/Hz @1kHz.


OCXO: 一般OCXO具有很好的相位噪声, 比如100MHz 的晶振，相位噪声-155dBc/Hz @1kHz.


TCXO: 相对OCXO要差一些，如10MHz的晶振，相位噪声-140dBc/Hz@1kHz.


XO: 一般以jitter来表示，jitter 是在相应频偏内噪声的积分。Jitter 越小，噪声越低。如<0.1pS


6, G-sensivitity—指的是加速度敏感度，描述晶振在振动的情况下，频率输出和相噪噪声的变化的敏感度。民用晶振处于振动时，可能出现晶振无输出的状态。Low G-sensitivity的晶振，可以在振动状态小有效工作，并能够处于较低的噪声和稳定的输出。-多决定于晶体以及组装技术。


7，shock-冲击承受能力，一般的晶振承受不了太大的冲击。如飞机和DD，对于振动和冲击有较高的要求，这些系统需要在冲击和振动的情况下，晶振能够可靠的工作。


8， 老化率：晶体随着时间的变化，其频率输出会出现偏差，称之为老化，老化的程度成为老化率。越低的老化率代表晶振性能越稳定。


9， 短稳：指的是在短时间内，频率输出的变化，比如1S之内，频率输出的变化，变化越小，越稳定。现在的通信设备中，对短稳的要求越来越高。--Allan variance 阿伦方差就是描述秒稳的。


10，压控功能： 因为晶振的输出会随时间变化出现偏差，在某些系统中这是不能接受的。因此，可以采用Vc 功能对频率输出进行调整。而有的系统则能够容忍，如VCTCXO，TCXO，TCXO就是没有压控的。使用OCXO的系统中，都是对频率稳定要求很高的，因此都带有Vc功能。


11,  振动条件与功率谱密度：功率谱密度是描述振动条件的，不同的应用场合或者要求会对应不同功率谱密度曲线。要求晶振可以在条件下正常工作。以及通过其他指标体现晶振在此条件的工作状态。如稳定度，相位噪声等。抗振动与否-多决定于晶体以及晶振的组装技术





晶振分类：





1，普通XO


压电效应-加电后，晶振有一个稳定的输出频率，一般稳定度+/-20ppm, +/-25ppm, +/-50ppm over -40 to +85, 目前做的较好的是可以做到+/-10ppm over -40 to +85.


主要用于给集成电路提供频率基础。


常用频点： 32.768kHz, 5M,10M, 20M, 25M, 30M,32.768M, 40M, 50M,100M, 125M,156.25M,200M等等。





2，温补晶振TCXO


--采用温度补偿IC，使得晶振输出频率更稳定，一般稳定度+/-0.5ppm over -40 to+85. 目前做的较好的是+/-0.2ppm over -40 to +85.


3， 恒温晶振OCXO


采用恒温槽技术，使得晶振处于常温状态，其晶振的输出更为稳定，一般输出处于ppb级别。


4，压控晶振VCXO


类似于XO， XO老化的问题，出现频率偏差。使用VCXO的系统希望XO的输出长期稳定，所以采用Vc function去调整，使得频率稳定输出。





产品特点：


主要特点如下：



  • TCXO
    1.1 高稳定度可以达到 +/-0.2ppm over -40to +85; +/-2ppm over -55 to +105;
    相位噪声： 50M的TCXO 相噪可以做到-140dBc/Hz @ 1kHz
    Low G-sensitivity，<0.3ppb/G
    满足于D载、机载产品对于晶振稳定性的要求。可靠性高。适用于高端应用。
    美国公司的宽温的TCXO受控。
    封装主要两种： 5×7mm, 5×3.2mm. 大尺寸的如DIP14也可以。
    1.2 常规的TCXO，满足一般应用，比如车载、背负、一般机载、对于稳定度和相噪的要求。常规稳定度： +/-0.5ppm over -40 to +85。相位噪声：-135dBc/Hz@1kHz @ 20MHz， --常规产品。依据不同的应用场合，可以推荐不同等级的产品。
    常用频点： 10M, 20M,25M,26M,30M,32.768M,40M,50M,80M,100M
    主要封装： 5×7mm, 5×3.2mm,3225, 2520
    应用市场：如卡车载，渔船，卫星终端，手持机，救援设备，应急通信车，火车地铁等，无线抄表，5G物联网，基站，直放站，无线专网通信，公安政府，特殊物资定位，电台，机载通信，北斗终端，GNSS等等



2， OCXO


2.1 高稳定度可以达到0.1ppb级别，10E-10级别，100M的OCXO相噪噪声可以达到-163dBc/Hz @ 1kHz。


2.2 快速启动，fastwarm-up 如100M OCXO，启动75s内可以到0.1ppm。一般OCXO启动要5分钟，即300s。


2.3 低功耗，稳定工作状态功耗仅有0.23W, 一般OCXO工作状态功耗需要2W左右。


2.4 小封装，有DIP14,15×16mm 的小封装OCXO。 大多OCXO都在20×20mm以上,如25×25mm, 36×27mm等。


2.5 抗冲击振动的OCXO , 如G-sensitivity<1ppb/G, 如100M OCXO振动条件下 相噪可以到达-140dBc/Hz @1kHz


常用频点：10M,32.768M,40M,50M,80M,100M


应用市场：电台，直放站，基站，雷达，D载导引等等。



  • XO
    3.1 宽温-55 to+125，稳定度+/-50ppm over -55 to +125, 小封装5*3.2mm，更小的有3225封装。这个主要用于机载板卡，D载，车载等，抗冲击振动，可靠性高。
    常用频点;32.768kHz,10M, 20M,25M,30M,50M, 100M, 125M, 156.25M, 200M,212.5M等
    3.2 差分信号XO，LVDS/PECL， 主要用于大数据量的计算机或者板卡。如服务器，机载计算机等。特点：ultra-Low jitter(噪声极低)，小封装3225mm
    3.3 高稳定度的XO，+/-10ppm over -40 to +85
    应用场合： 各种电子设备，计算机，服务器，光通信（SONET/SDH,100G/400Goptical,16-32G fibre channel,10/40/100G thernet）,电脑，5G,适用于各种电子产品。



4，VCXO 类似于XO


5， Crystal晶体：各种电子设备。


6， VCO，特点超低相噪。小封装。



对于晶振最常规最重要的参数要求： 频点，温度稳定度，相位噪声，输出波形，然后—封装，供电电压，-短稳-等其他要求。
jitter 及噪声曲线
156.25M phase noise 3.3V.png
LVDS IC change -3.3V.png
Jitter 提升.png