锦玉电子独家介绍石英晶体振荡器技术诀窍

技术介绍晶体振荡器

  石英晶体和石英晶体振荡器是电信和数据传输等频率控制应用中最重要的组件。原因是频率稳定度高，共振品质因数高，温度漂移低，价格合理。各种各样的晶体振荡器需要精确的规格来确保最佳性能。标准晶体振荡器或XO在DIP-14，14mmx9mm或7x5mmSMD封装中提供+5V（+3.3V）电源电压时的±100ppm稳定性。应用程序是微处理器和消费电子市场的时钟。由于价格敏感的应用，振荡器的要求主要由箱式，频率，稳定性，输出信号和温度范围来定义。

  在电信，测量设备，卫星导航等领域的专业应用有着更高的要求，如稳定性高，低阻抗输出（HCMOS或ECL/PECL适用于更高频率），低相位抖动和长达15年甚至更长的寿命。为了获得足够的长期稳定性，完整的振荡器需要进行预成型和晶振生产的稳定过程。虽然低成本振荡器只是提供了整体稳定性，但大多数专业振荡器都明确定义了所有稳定性参数。

  尽管简单的XO（X-tal Oscillator，晶体振荡器）只提供固定的输出频率，其他类型的有源晶振则提供了一个拉动选项，主要用于PLL应用。这些VCXO（电压控制X-tal振荡器）使用一个内部变容二极管与内部晶体并联，使电气频率变化约为±20ppm至±200ppm。该标称牵引范围用于温补晶振本身的频率偏差，并提供足够的捕获范围以锁定到某个频率。标称牵引范围扣除温度稳定性，老化和校准等所有稳定性参数称为绝对牵引范围APR，通常用于指定VCXO。

  另一个重要问题是在PLLloop中实现VCXO调制特性。两个最重要的参数是调制带宽和非线性调制响应。由于有限的调制带宽，寄生共振和传输特性，PLL环路带宽必须根据单个振荡器调制响应进行调整。它必须低于频率控制电路的调制带宽，并且比第一寄生谐振低得多，以抑制任何振荡或锁定到寄生谐振。特别是用于SONET / SDH网络的PLL必须非常精确地计算，因为寄生共振可能会由于抖动传送而导致位错误。通常，这种影响只能在联合网络系统中找到。

  SONET SDH等广域电信系统还需要高稳定性的系统时钟来防止时差或数据丢失。所需的稳定性可能比标准石英晶体振荡器提供的高得多。常规晶体振荡器的物理限制范围为±10ppm，包括温度稳定性，老化和初始校准。温度特性可以通过三阶函数来确定，该函数对称于+25°C

  这种三次函数可以通过使用三阶网络进行补偿，在常规补偿中，可以实现在-20 ... + 70°C范围内达到±0.5ppm。这些TCXO晶振（温度补偿X-tal振荡器）主要用作开关，数据传输或频率计数器的参考时钟。改善的温度稳定性还需要改进有源晶振的老化特性以实现相应的整体性能。

  在10...15年的寿命期内，老化率可能只有几个ppm的范围。电气或机械修剪选项允许在一段时间后重新校准。