标签: 高精度晶振

在模拟通信中，发射端和接收端转换器之间的模拟信号可直接进行传输。振荡器是通信系统中一个极其重要的元件。如果晶振失效，会造成通信中断。模拟集成电路遵循八边形法则，即增益、线性度、电源电压、电压摆幅、速率、输入/输出阻抗、功耗、噪声等相互制约，进行设计时应综合考虑各个参数指标。小型化晶振的发展对电路有什么影响呢？ 晶振小体积: 根据八边形法则, 晶振的体积小，电源电压变小，电压摆幅变小，功耗变小，驱动能力变弱。KOAN凯擎小妹提醒大家：体积越小的晶振，电压也会变小。在电路设计时，需要防止晶体的激励功率过高。同时具备小尺寸和低功耗的晶振适合在移动设备和穿戴设备中使用。 驱动能力强： 如果电子设备需要驱动能力比较强的振荡器，尽量选择体积大，电压高，避免选择电压高低兼容晶振。 晶振小体积+驱动能力强： 如果我们需要同时满足这两点，则需要选择负载能力比较高的振荡IC，且晶体的Q值也要高。在高精度频率的需求下，KOAN晶振具有较高的Q值且频率稳定度高。

- 什么是GNSS? 卫星导航系统(Global Navigation Satellite System: GNSS) 以人造卫星为基础覆盖全球的 高精度无线电导航定位系统。小型电子接收器可以利用GNSS确定任何一个位置(经度，纬度，高度)。 每个系统通常由20到30颗卫星组成。 目前只有四个国家的定位系统覆盖全球： 美国 - GPS 俄罗斯 - GLONASS 中国 - 北斗BDS 欧盟 - GALILEO - 导航系统的三个部分 （图片来源于网络） 空间部分： 至少 3个卫星便可以确定用户在地球上所处的位置和高度。接收的卫星信号越多，位置也就越精确。 空间定位原理：若已知ABC三点空间位置，第四点D到ABC的距离已知，便可以确定D的空间位置。 卫星时钟的精度越高，定位就越准确。 早期卫星中使用的石英晶体振荡器作为时间基准，误差为14m。1974年后，卫星使用铷原子钟，误差8m。1981年后，使用氢原子钟，误差1m。 地面控制部分： 地面控制部分由主控站，地面天线站，监测站组成。在信号接收端使用石英晶体振荡器来提供纳秒级的精准定位。晶振需要具备高稳定性，高精度，高抗干扰能力，以及低相噪的特点来保证定位模块在任何环境下都可以正常产生精准的时间信号。 用户部分： 用户的终端，从卫星收到信号并传来信息计算用户的位置和时间。 - 导航应用中晶振推荐 KOAN晶振首先推荐使用恒温晶振，因为OCXO高精度特性可以准确的测量距离，其次低相噪特点可以减少干扰并有效进行数据调整。 随着近些年温补晶振小型化的发展，贴片TCXO也会用在GPS的接收端。

精度ppm 晶振的精度(误差)是石英晶振重要的参数之一，PPM含义为百万分之一 (part per million 1/10^6) ，表示晶体频率会偏离标称频率多少。值越小精度越高。在产品规格书中，ppm通常会用最大值(max)来表示，例如30ppm max，产品实际的误差值会更小。 常见的晶振精度 为0.5ppm, 1ppm,5ppm, 10ppm, 20ppm, 30ppm等等。其中 OCXO精度最高，最少可达到3pp b = 0.003ppm。 下面KOAN凯擎小妹会介绍一下怎么计算频率误差： 调整频差(Frequency Tolerance) 用单位ppm表示。 25℃基准温度下，工作频率相对于标称频率所允许的偏差。 问：SMD3225, 12MHz, ±30ppm,频率误差？ 答: 频率误差为 ±30/100 万 *12MHz=±3 60Hz. 温度频差（Frequency Stability vs Temp）表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，单位也是ppm。 问：10MHz, -20~+70℃中误差为±20ppm，频率误差范围是多少? 答： 在-20℃～+70 ℃ 温度范围内： 温度误差范围 ±(10MHz × 20ppm)=±200Hz; 晶振的频率为 9.999800MHz ~ 10.000200MHz.

1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie发现了石英晶体受到压力时，表面会产生电荷，电荷量和电压成正比的关系。这种现象为压电效应Piezoelectricity。具有压电效应的物体称为压电体。 在第一次世界大战时，Paul Langevin发现石英谐振器可应用在声纳上。1921年Walter Guyton Cady制造了第一个石英晶体振荡器。 1920年后，石英晶体的性能发展的更加稳定。在晶体发明之前，无线电台用调谐电路来控制频率，然而电路很容易漂移3~4khz。由于电台的频率间隔只有10khz，相邻的电台很容易发生信号干扰。1926年，石英晶体应用在广播电台，并深受无线电运营商的欢迎. 1928年，Warren Marrison发明了第一个石英晶体钟。其精确度达到30ms/y。石英钟取代了钟摆时钟，作为世界上最精确的计时器。直到1955年被原子钟所替代。 第二次世界大战中，石英晶体都来源于巴西天然的水晶。由于无线电和雷达的频率控制部分需要大量的水晶。水晶的供给变得十分匮乏。直到1950年，在Bell实验室开发出了生长水晶的水热工艺。1970年后，电子产品中都使用合成的水晶。 近些年，晶振向小型化，高精度，低功耗，低抖动等方向发展。封装从直插DIP 到贴片SMD；尺寸从20.8x13.2mm到1.6x1.2mm；精度从谐振器±30ppm到恒温晶振±3ppb。

恒温晶体振荡器中文简称为恒温晶振，英文简称为OCXO(Oven Co ntrolled Crystal Oscillator)。KOAN 恒温晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态，在一定范围内不受外界温度影响，达到稳定输出频率的效果。 主要用于各种类型的通信设备，包括交换机、SDH 传输设备、勘探设备、移动通信直放机、GPS 接收机、电台、数字电视及军工设备等领域。根据用户需要，该类型晶振可以带压控引脚。 优点: 由于采用了恒温槽技术，频率温度特性在所有类型晶振中是最好的，由于电路设计精密，其短稳和相位噪声都较好。 缺点: 功耗大,体积大,需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。 晶振中最重要的组成部分为水晶振子，晶片的切割可分为AT-CUT, BT-CUT, FC-CUT, SC-CUT等等，每种切法对应一个角度.采用何种切法应根据实际情况而定。 SC 切割温度稳定性最好，具有应力补偿和热瞬变补偿特性。因此高稳OCXO晶振我们推荐使用SC切。 恒温晶振SC切开机特性好，老化小，幅频效应小。另外，其短期频率稳定性，抗辐射，抗加速度都非常好。