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有源晶振频率稳定性 我们在购买有源晶振时，发现人们对晶体振荡器的稳定性存在许多误解。更具体地说，通常我们发现有几种不同类型对有源晶振频率稳定性影响的常见问题，包括： 频率与温度的稳定性 频率与负载稳定性 频率与电源稳定性 艾伦偏差(ADEV) 在这篇文章中，你可以了解到更多关于有源晶振产品频率稳定性的这些因素的造成和如何进行改善。 有源晶振频率与温度的关系 晶体的特性告诉我们：晶体是一个受温度影响的电子元器，所以温度是导致频率漂移的最主要原因，因此被放在首位。湿度和压力的影响更大(以十亿分之一为单位)，但只要使用真空或氮气等惰性气体对晶体进行密封包装，就能轻松解决这些环境影响。 有源晶振产品在标准范围内的温度变化会可能只有几十ppm的频率漂移，但是如果在极端温度下会进一步恶化，更高的频率漂移，及到有可能会导致停止振荡(工作)。 对于许多应用而言，冷却风扇等简单的系统级解决方案并不实用，但可以在振荡器集成电路 (IC)中设计精确控制，以感知和补偿环境温度变化, 这方面的解决方案，我们有TCXO(温度补偿晶体振荡器)、VCXO(压控晶体振荡器和OCXO(恒温控制晶体振荡器)，我们也要了解有源晶振的稳定性额定值(通常以常温25℃为特征)，但这并不代表有源晶振产品在整个温度范围内的精度，只代表了在常温25℃时的频率公差。 温度补偿晶体振荡器(TCXO) 有一个内部温度传感器，集成电路利用它来调整晶体的频率。 晶振产品-TCXO温补晶振 压控晶体振荡器(VCXO) 可通过外部施加的电压调节频率。VCXO 在频率调制(FM)和锁相环 (PLL)系统中有着广泛的应用。变容二极管本质上是一个可变电压电容器，可通过电压控制频率。 晶振产品-VCXO压控晶振 恒温晶体振荡器(OCXO) 最耐温度变化。它把晶体装在一个外壳中，外壳中的专用电路可加热晶体周围的区域。这样可以保持恒温，无需进一步的漂移补偿。在正常工作条件下，OCXO 的漂移最小。 晶振产品-OCXO恒温晶振 有源晶振频率与负载的关系 电容负载会影响频率。晶体振荡器必须与不同的负载相匹配，以考虑到晶体元件的多样性。 还必须考虑最大驱动功率，以防止过度驱动。如果石英晶体长期工作在超过预期最大功率的过驱动条件下，就会很快老化。 甚至电路板上的位置也会影响电容负载，这意味着需要重新定位晶体本身或重新布线其他元件。所有这些都是潜在的机械共振源，必须在振荡器电路设计过程中加以考虑和测试。 振荡器频率与工作电压的关系 改变工作电压会导致振荡电路的有效电阻发生变化，从而导致频率漂移。一种解决方案是使用稳压电源，确保输出电压始终保持在电源的额定值，而不管器件消耗的电流是多少。所以在购买晶振时需要注意有源晶振的工作电压的规格，以确保晶振工作的稳定性。 ADEV-艾伦偏差 阿伦偏差(阿伦方差的平方根)用于测量频率稳定性。在这些设备中，有两种相位噪声成分，标准偏差无法通过直接重复测量来解决：白频噪声和闪烁频率噪声。ADEV为两个或多个振荡器之间的相位或频率测量时间序列提供了有意义地分离噪声形式的方法。

压控振荡器是一种广泛使用的电子振荡器，其中输入调谐电压决定振荡频率。压控振荡器的输出频率是正弦或锯齿波。压控振荡器是许多应用中的重要元件，例如电子干扰设备、函数发生器和锁相环。 压控 晶体 振荡器( VCXO ) 工作原理 压控振荡器中的谐振频率由输入电压控制。它产生一个周期信号，输入电压控制与信号的频率水平有关。一种称为变容二极管的调谐元件用于压控振荡器。借助于施加到变容二极管的干净直流电压，振荡器被调谐以改变提供给电路的净电容。 根据波形，压控振荡器分为谐波振荡器和张弛振荡器。谐波或线性振荡器由谐振器和放大器组成，产生正弦波形。LC振荡回路是一种谐波振荡器。张弛振荡器产生锯齿波形，并且只需要最少的外部元件来产生宽范围的工作频率。相对于噪声、温度和功率等外部因素，谐振子表现出更好的频率稳定性。谐振子的频率控制精度也更高。然而，它们不太适合单片集成电路技术，但更适合张弛振荡器。此外，张弛振荡器可以提供宽范围的工作频率。 压控 晶体振荡器( VCXO ) 的 应用 VCXO大多用于锁相技术、频率负反馈系统及频率调制，已是通信机、移动电话、寻呼机、全球定位系统（GpS）等众多电子应用系统必不可少的关键部件。 压控 晶体振荡器( VCXO )选型 的 关键参 数 1、频率稳定度要求 2、电压调谐与频率变化的关系 3、相位噪声和调制 4、线性度 5、控制电压端口的输入阻抗和调制带宽 6、绝对牵引范围与标称振荡频率偏移的关系 7、频率与价格的关系 8、工作电压与工作电流 9、输出要求VCXO 10、波形要求

石英晶体谐振器（Quartz Crystal）是一种频率精度可达ppm级的高精密频率元件，频率绝对精度一般在50ppm左右。但是，这种频率精度会随外部环境（例如，温度）的改变而产生较大的偏离。如果采取适当的补偿电路，把石英晶片与振荡线路和集成电路（IC）封装在一个相对稳定的小环境内，成为各种类型的晶体振荡器（XO），就可输出稳定的频率信号。 晶体谐振器的频率温度关系 电子线路中，石英晶体常用作参考频率基准或频率控制元件，频率与工作环境温度的特性是一个很重要的参数。 不同切割角度的石英晶片的频率温度特性曲线 为了得到较好的温度特性，晶体厂家会选择最佳的石英晶片制作工艺，因为不同切割角度产生的晶体谐振器产品的温度特性各不相同。其中，AT角度切割的石英晶片适用数百MHz以内频率范围，是石英晶片应用范围最广、使用量最多的一种切割作业方式。 在线路设计及晶振选型时，良好的频率与温度（frequency versus temperature）特性是工程师主要的选择考虑之一。根据使用环境的不同，我们可基于温度参数把石英晶体振荡器分为不同等级，例如民、企、工、航天等级别，温度范围在-40℃~+150℃。 如果温度升高至极端值，额定频率的变化就开始增大，有可能达到几十ppm。对于一般民用，以及企业、网络、计算等应用，这一点是能够承受的。但是，对于导航、雷达、无线电通信、卫星通信等航天和航空应用，极高的准确度与精度要求是丝毫不能妥协的。 为了应对这种巨大的变化，就必须在系统中增加额外的补偿元件，例如OCXO（Oven Controlled Crystal Oscillator，恒温槽控制石英晶体振荡器）、TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator，温度补偿石英晶体振荡器）、VCXO（Voltage Controlled Crystal Oscillator，电压控制石英晶体振荡器）、PCXO（Programmable Crystal Oscillator，可编程石英晶体振荡器）等振荡器品种。 晶体振荡器的频率温度特性 把石英晶片与振荡线路或集成电路（IC）整合在一个封装内，再通过外部电源供电，就形成一个基于石英晶片的主动组件，可输出更加稳定的频率信号，这就是所谓的石英晶体振荡器。 根据封装组件内部的振荡线路及输出线路的不同，石英晶体振荡器可输出不同特性的参考频率（reference frequency），以满足不同应用的特殊需求。例如，普通石英振荡器SPXO（Simple Package Crystal Oscillator）或称为CXO（Clock Crystal Oscillator），可编程石英晶体振荡器PCXO（Programmable Crystal Oscillator），电压控制石英晶体振荡器VCXO（Voltage Controlled Crystal Oscillator），温度补偿石英晶体振荡器TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator）及恒温槽控制石英晶体振荡器OCXO（Oven Controlled Crystal Oscillator）。 四种常见石英晶体振荡器的频率温度特性对比 其中，SPXO的工作完全由晶体自由振荡完成，主要应用于稳定度要求不高的场合。 PCXO专门针对网络、储存、视频和其他嵌入式产品应用等高频率及低抖动的产品应用，内含极低抖动的PLL，因此可依需求产生任何频率。 TCXO通过感应环境温度，将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率，达到稳定输出频率的效果。根据补偿电路不同，还分为传统的TCXO，采用数字化补偿的DTCXO，用单片机进行补偿的MCXO。 OCXO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，可达到稳定输出频率的效果。OCXO主要缺点是功耗大、体积大，需要5分钟左右的加热时间才能正常工作。 VCXO是为晶振增加了一项功能，带压控输入引脚的晶振就叫VCXO。所有晶振都可以根据需要增加压控功能，例如压控温补振荡器（VCTCXO）等。 可见，OCXO的频率温度特性在所有晶振振荡器类型中是最好的。随着技术的发展，除了采用更先进的晶片制作工艺外，还可以利用振荡回路中关键电子元件的温度特性，来补偿晶体谐振器自身的温漂，让晶振输出最佳的频率信号。

一、 压控晶振 的 构成及原理 VCXO压控晶振主要由石英晶体谐振器、变容二极管和振荡电路组成，其工作原理是通过控制电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率，以达到频率调制的目的。VCXO压控晶振大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的。 压控晶体振荡器定义：压控晶振（VCXO）是通过红外加控制电压使振荡效率可变或是可以调制的OscillatorCrystal。 二、如何正确选型 压控晶振 首先，要弄清楚具体应用场合是需要压控晶振，还是一般的振荡器。当设计人员希望通过外加控制电压来对振荡器的频率作小范围的调谐时，就应选用VCXO压控晶振器件。 我们把这种振荡器调谐称为牵引度（pullability）。牵引度用10－6数量级表示。VCXO压控晶振牵引度的典型值为±50×10－6～±200×10－6，要得到这种范围的牵引度，VCXO压控晶振产品一般采用标准圆形石英晶振。为了满足牵引度范围大的要求，设计上须用大尺寸晶体（直接0.25英寸～0.35英寸）。此外，如果要得到大范围的牵引度，VCXO压控晶振产品的晶体应是基模晶体。 ±200×10－6）。因此，正确了解压控晶振的技术规范和使用要求，对于在设计上用好这种器件是很关键的。 三、压控晶振 的对频率稳定度要求 压控晶振用石英晶体作频率控制元件，其振荡频率在工作温度内是稳定的。当我们对VCXO压控晶振的进行调谐时，振荡频率会发生改变；但偏离标称频率的各个频率值在工作温度范围内同样是稳定的。必须注意，对于一个给定的频率而言，频率稳定度要求越高，要得到大范围的牵引度就越困难。采用硅解决方案，不能获得良好的频率稳定度。这是因为硅存在颤动噪声和相位噪声所致。VCXO压控晶振的采用了SMD晶振，频率异常稳定，是目前最好的频率控制器件。 四、 压控晶振 的的 应用 领域 电压控制型的OscillatorCrystal大多用于锁相技术、频率负反馈系统及频率调制，已是通信机、移动电话、寻呼机、全球定位系统（GPS）等众多电子应用系统必不可少的关键部件。