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石英晶体谐振器和石英晶体振荡器
石英晶体谐振器 一、术语解释 1、 标称频率：晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。 2、 工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率。 3、 调整频差：在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于 标称频率所允许的偏差。 4、 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度 （25±2℃）时工作频率的允许偏差。 5、 老化率：在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。 以年为时间单位衡量时称为年老化率。 6、 静电容：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用 C0 表示。 7、 负载电容：与晶体一起决定负载谐振频率 fL 的有效外界电容，通常 用 CL 表示。 负载电容系列是： 8PF、 12PF、 15PF、 20PF、 30PF、 50PF、 100PF。只要可能就应选推荐值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。 8、 负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或 相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。在串联 负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容 时，则是两个频率中较高的一个。 9、 动态电阻：串联谐振频率下的等效电阻。用 R1 表示。 10、 负载谐振电阻：在负载谐振频率时呈现的等效电阻。用 RL 表示。 RL＝R1（1+C0/CL）2 11、 激励电平：晶体工作时所消耗功率的表征值。激励电平可选值有： 2mW、 1mW、 0.5mW 、 0.2mW、 0.1mW、 50?W、 20?W、 10?W、 1?W、 0.1?W 等 12、 基频：在振动模式最低阶次的振动频率。 13、 泛音：晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有 3 次泛音，5 次泛音，7 次泛音，9 次泛音等。 二、应用指南 石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为 HC-49U、HC-49U/S、 HC-49U/S?SMD、UM1、UM-5 及柱状晶体等。 HC-49U 适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电 话机、电子玩具中。 HC-49U/S 适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及 产品中。 HC-49U/S?SMD 为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电 脑及电子设备中。 柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时 器、电子钟、计算器等。 UM 系列产品主要应用于移动通讯产品中，如 BP 机、移动手机等。 石英晶体谐振器主要用于频率控制和频率选择电路。本指南有助于确保 不出现性能不满意、成本不合适及可用性不良等现象。 1、 振动模式与频率关系： 基频 1～35MHz3 次泛音 10～75MHz 5 次泛音 50～150MHz 7 次泛音 100～200MHz 9 次泛音 150～250MHz 2、 晶体电阻：对于同一频率，当工作在高次泛音振动时其电阻值将比 工作在低次振动时大。 &信号源+电平表&功能由网络分析仪完成 Ri、R0：仪器内阻：一般为 50R1--滤波器输入端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去 50 。 R2--滤波器输出端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去 50 。 在滤波器条件的匹配阻抗中有时有并接电容要求，应按上图连接。 3、 工作温度范围与温度频差：在提出温度频差时，应考虑设备工作引 起的温升容限。当对温度频差要求很高，同时空间和功率都允许的情况 下，应考虑恒温工作，恒温晶体振荡器就是为此而设计的。 4、 负载电容与频率牵引：在许多应用中，都有用一负载电抗元件来牵 引晶体频率的要求，这在锁相环回路及调频应用中非常必要，大多数情 况下，这个负载电抗呈容性，当该电容值为 CL 时，则相对负载谐振频 率偏移量为：DL=C1/[2（C0+CL）]。而以 CL 作为可调元件由 DL1 调 至 DL2 时，相对频率牵引为 DL1，L2= C1（CL1－CL2）/[2（C0+CL1） （C0+CL2）]。 5、 负载电容的选择： 晶体工作在基频时， 其负载电容的标准值为 20PF、 30PF、50PF、100PF。而泛音晶体经常工作在串联谐振，在使用负载 电容的地方， 其负载电容值应从下列标准值中选择： 8PF、 12PF、 15PF、 20PF、30PF。 6、 激励电平的影响：一般来讲，AT 切晶体激励电平的增大，其频率变 化是正的。激励电平过高会引起非线性效应，导致可能出现寄生振荡； 严重热频漂；过应力频漂及电阻突变。当激励电平过低时则会造成起振 阻力不易克服、工作不良及指标的不稳定。 7、 滤波电路中的应用：应用于滤波电路中时，除通常的规定外，更应 注意其等效电路元件的数值和误差以及寄生响应的位置和幅度，由于滤 波晶体设计的特殊性，所以用户选购时应特别说明。石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动实际上石英晶体谐振 器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出 这个回路包括 L1 C1 同时 C0 作为一个石英晶体的绝缘体的电容被 并入回路与弹性振动有关的阻抗 R1 是在谐振频 率时石英晶体谐振器的谐振阻抗(见图 1)石英晶体作为谐振器在使用时要求其谐振频率在温度发生变化时保 持稳定温频特性与切割角有关每个石英晶体具 有结晶轴晶体切割是按其振动模式沿垂直于结晶轴的角度切割的典 型的晶体切割和温频特性(见图 2)AT 型石英晶体谐振器的温度特性目前大多用三次曲线表示(见图 3) 一个石英晶片在所需要的频率范围已满足的情况下在某一角度被切 割以达到要求的工作温度范围当然实际上即使在成功的操作中也会 有一些由于切割和磨光精确性不够而造成的角度散布由此操作的精 确度需要提高在图 4 中可以看到频率公差和生产难度等级的关系 负载电容 CL 是组成振荡电路时的必备条件在通常的振荡电路中石 英晶体谐振器作为感抗而振荡电路作为一个容抗被使用也就是说当 晶体两端均接入谐振回路中振荡电路的负阻抗-R 和电容 CL 即被测 出这时这一电容称为负载电容负载电容和谐振频率之间的关系不是 线性的负载电容小时频率偏差量大当负载电容提高时频率偏差量减 小当振荡电路中的负载电容减少时谐振频率发生较大的偏差甚至当 电路中发生一个小变化时频率的稳定性 就受到巨大影响负载电容可以是任意值但 10-30PF 会更佳 Equivalent Circuit of Crystal Oscillation Circuit (晶体振荡电路中的 等效电路)在振荡电路中石英晶体谐振器作为感抗被使用石英晶体谐振器和振 荡电路的关系如图 5 所示为提高振荡电路中的 起振条件须提高振荡电路中的负阻抗而电路中没有足够的负阻抗偏 差则较难起振在振荡电路中负阻抗的值应达 到谐振阻抗的 5-10 倍在振荡电路中负载电容的中心值其决定谐振频 率的绝对值和其变化范围谐振频率的良好 调整范围应保持在最佳值 Oscillation Circuit (振荡电路)一个由石英晶体谐振器组成的典型振荡 电路如图 7 所示 Frequency (MHZ) Cg, Cd (PF) Rd (V) CL (PF) 3-4 27 5.6K 16 4-5 27 3.9K 16 5-6 27 2.7K 16 6-8 18 2.7K 12 8-12 18 1.8K 12 12-15 18 1.0K 12 15-20 15 1.0K 12 20-25 12 660 10 Spurious Resonances (寄生响应)所有石英谐振器均有寄生在主频率 之外的不期望出现的振荡响应他们在等效电路图中表现为附加的以 R1 L1C1 形成的响应回路 寄生响应的阻抗 RNW 与主谐振波的阻抗 Rr 的比例通常以衰减常 数 dB 来表示,并被定义为寄生衰减 aNW=-20 ? lg 对于振荡用晶体,3 至 6dB 是完全足够的.对于滤波用晶体,通常的要 求是超过 40dB. 这一规格要求只有通过特殊设计工艺 并使用数值非常小的动态电容方能达到. 可达到的衰减随着频率的上升和泛音次数的增加而减小. 通常的平 面石英晶片谐振器比平凸或双面凸晶片谐振器的 寄生衰减要良好. 在确定寄生响应参数时,应同时确定一个可接受的 寄生衰减水平以及寄生频率与主振频率的相对关系. 在 AT 切型中,对于平面晶片,&不和谐的响应&只存在于主响应的+40 至+150KHZ 之间,对于平凸或双面凸的晶片,寄生 则在+200 至+400KHZ 之间. 在以上的测量方法中,寄生响应衰减至 20 至 30dB 时是可以测量的, 对于再高一些的衰减.C0 的补偿是必需的. Drive Level (DLD) (激励功率依赖性) 石英振荡器的机械振动的振幅会随着电流的振幅成正比例地上升. 功率与响应阻抗的关系为 Pc=12 qR1, 高激励功率会 导致共振的破坏或蒸镀电极的蒸发,最高允许的功率不应超过 10mV. 由于 L1 和 C1 电抗性的功率振荡,存在 Qc=Q x Pc. 若 Pc=1mV, Q=100.000, Qc 则相当于 100W. 由于低的 Pc 功率会导致振荡幅度的超过,最终导致晶体的频率上移. 随着晶体泛音次数的增加, 对于激励功率的依赖性更加显著.上图显 示了典型的结果, 但是精确的预期结果还是要 受到包括晶体设计和加工,机械性晶片参数,电极大小,点胶情况等的 影响. 可以看出, 激励功率必须被谨慎地确定,以使晶体在生产中和使用中 保持良好的关系. 当今,一个半导体振荡回路的激励功率一般为 0.1mV,故在生产晶体时 也一般按 0.1mV 进行. 一个品质良好的晶体可以容易地起振,其频率在自 1nW 逐步增加时 均能保持稳定.现在, 晶体两端的功率很低的半导 体回路也可以在很低的功率的情况下工作良好. 上图显示了一个对激励功率有或无依赖性的晶体的工作曲线的比较. 晶体存在蒸镀电极不良,晶片表面洁净度不足, 都会存在如图所示的 在低功率时出现高阻抗的情况, 这一影响称为 激励功率依赖性(DLD). 通常生产中测试 DLD 是用 1~10mV 测试后 再用 1mV 测试, 发生的阻抗变化可作为测试的标准. 很 显然, 在增加测试内容会相当大的提高晶体生产的成本. 利用适当的测试仪器可以很快地进行 DLD 极限值的测定,但是只能 进行合格/不合格的测试.IEC 草案 248 覆盖了根据 (DIV)IEC444-6 制定的激励功率的依赖性的测量方法. 提供具有充分的反馈和良好脉冲的最优化的振荡回路,可以极大的消除振荡的内部问题.Notes for Crystal Unit Applications(石英晶体谐振器使用的注意点)(1) 与 HC-49/U 相 比 , 小 的 石 英 晶 体 谐 振 器 ( 如 HC-49U/S, HC-49USM, UM-1, 49T) 都是低激励功率(100um 或以下). 在使 用之前,须在一个实际的安装电路中检验晶体电流(见图 5). 深圳市格利特电子有限公司 TEL:+86-755- FAX:+86-755-HTTP://www.szgreat.com E-mail: (2)须检查电路的负阻抗,负阻抗的认可见图 8. 负阻抗应是谐振阻抗的 5 倍左右. (3)当使用 C-MOS 振荡器时(见图 7)线路图中的 Rd 是必要的. 如果 Rd 达到要求, 激励功率会保持在规定值内,那么 谐振频率也就稳定了. (4) 在 10-30PF 内 , 可 以 用 Cg 和 Cd, 如 果 Cg 和 Cd&10PF 或&30PF, 振荡会被电路现象轻易的影响, 激励功率会升高, 或负阻抗会减小, 最终导致振荡的不稳定. (5)晶体振荡电路的设计应尽量简短. (6)电路和线路板间的杂散电容应尽量被减少. (7)尽量避免晶体振荡电路穿过其他电路.(8)如果电路用 IC 方式,而且 IC 制造各不相同,那么频率, 激励功率, 负阻抗须被确认. (9)泛音振荡电路还需要附加的参考.摘要：石英晶体振荡器在无线系统等应用领域中提供频率基准，是目 前其它类型的振荡器尚不能替代的。本文介绍了 TCXO、VCXO 和 OCXO 等几类晶体振荡器的结构、特点、发展现状及其在移动通信 等领域的应用。 关键词：石英晶体振荡器一、引言 尽管石英晶体振荡器的应用已有几十年的历史， 但因其具有频率稳定 度高这一特点，故在电子技术领域中一直占有重要的地位。尤其是信 息技术 （IT） 产业的高速发展， 更使这种晶体振荡器焕发出勃勃生机。 石英晶体振荡器在远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系 统（GPS）、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及 消费类民用电子产品中，作为标准频率源或脉冲信号源，提供频率基 准，是目前其它类型的振荡器所不能替代的。小型化、片式化、低噪 声化、频率高精度化与高稳定度及高频化，是移动电话和天线寻呼机 为代表的便携式产品对石英晶体振荡器提出的要求。 事实上石英晶体振荡器在发展过程中， 也面临像频率发生器这类电路的潜在威胁和挑 战。此类振荡器只有在技术上不断创新，才能延长其寿命周期，在竞 争中占有优势。 二、石英晶体振荡器基本结构及工作原理 石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器 （TCXO）、电压控制晶体振荡器（VCXO）、恒温控制式晶体振荡 器（OCXO）和数字化/?p 补偿式晶体振荡器（DCXO/MCXO）等几 种类型。其中，无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种，在日本工 业标准(JIS)中，称其为标准封装晶体振荡器（SPXO）。现以 SPXO 为例，简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。 石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。石英 晶体本身并非振荡器， 它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产 生振荡。SPXO 主要是由品质因数（Q）很高的晶体谐振器（即晶体 振子）与反馈式振荡电路组成的。石英晶体振子是振荡器中的重要元 件，晶体的频率（基频或 n 次谐波频率）及其温度特性在很大程度上 取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、（金属壳）封装及 其等效电路如图 1 所示。 只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振 动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。 在图 1（c）所示的晶体谐振器的等效电路中，Co 为晶片(a)石英晶体振于的结构（b）金属壳封装示图（c）等效电路与金属板之间的静电电容；L、C 为压电谐振的等效参量；R 为振动 磨擦损耗的等效电阻。石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率 fos （1/2π），同时也存在一个并联谐振频率 fop（1/2π)。由于 Co?C， fop 与 fos 之间之差值很小，并且 R?ωOL，R?1/ωOC，所以谐振 电路的品质因数 Q 非常高（可达数百万），从而使石英晶体谐振器 组成的振荡器频率稳定度十分高，可达 10－12/日。石英晶体振荡器 的振荡频率既可近似工作于 fos 处，也可工作在 fop 附近，因此石英 晶体振荡器可分串联型和并联型两种。 用石英晶体谐振器及其等效电 路，取代 LC 振荡器中构成谐振回路的电感（L）和电容（C）元件， 则很容易理解晶体振荡器的工作原理。 SPXO 的总精度（包括起始精度和随温度、电压及负载产生的变化） 可以达到±25ppm。SPXO 既无温度补偿也无温度控制措施，其频率 温度特性几乎完全由石英晶体振子的频率温度特性所决定。在 0～70℃范围内，SPXO 的频率稳定度通常为 20～1000ppm，SPXO 可 以用作钟频振荡器。 三、温度补偿晶体振荡器（TCXO） TCXO 是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频 率变化量削减的一种石英晶体振荡器。 1?TCXO 的温度补偿方式 目前在 TCXO 中，对石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有 直接补偿和间接补偿两种类型： （1）直接补偿型 直接补偿型 TCXO 是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路， 在振荡器中与石英晶体振子串联而成的。在温度变化时，热敏电阻的 阻值和晶体等效串联电容容值相应变化， 从而抵消或削减振荡频率的 温度漂移。 该补偿方式电路简单， 成本较低， 节省印制电路板 （PCB） 尺寸和空间，适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精 度小于±1pmm 时，直接补偿方式并不适宜。 （2）间接补偿型 间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。 模拟式间接温度补偿是利 用热敏电阻等温度传感元件组成温度－电压变换电路， 并将该电压施加到一支与晶体振子相串接的变容二极管上， 通过晶体振子串联电容 量的变化，对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实 现±0.5ppm 的高精度，但在 3V 以下的低电压情况下受到限制。数字 化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中的温度―电压变换电路之后 再加一级模/数（A/D）变换器，将模拟量转换成数字量。该法可实现 自动温度补偿，使晶体振荡器频率稳定度非常高，但具体的补偿电路 比较复杂，成本也较高，只适用于基地站和广播电台等要求高精度化 的情况。 2.TCXO 发展现状 TCXO 在近十几年中得到长足发展，其中在精密 TCXO 的研究开发 与生产方面， 日本居领先和主宰地位。 70 年代末汽车电话用 TCXO 在 的体积达 20?以上，目前的主流产品降至 0.4?，超小型化的 TCXO 器件体积仅为 0.27?。在 30 年中，TCXO 的体积缩小了 50 余倍乃 至 100 倍。 日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生产的表面贴装 TCXO 厚度由 4mm 降至 2mm，在振荡启动 4ms 后即可达到额定振荡幅度 的 90％。金石（KSS）集团生产的 TCXO 频率范围为 2～80MHz， 温度从－10℃到 60℃变化时的稳定度为±1ppm 或±2ppm；数字式 TCXO 的频率覆盖范围为 0.2～90MHz，频率稳定度为±0.1ppm（－ 30℃～＋85℃）。日本东泽通信机生产的 TCO－935/937 型片式直 接温补型 TCXO， 频率温度特性 （点频 15.36MHz） 为±1ppm/－20～ ＋70℃，在 5V±5％的电源电压下的频率电压特性为±0.3ppm，输出正弦波波形（幅值为 1VPP），电流损耗不足 2mA，体积 1?，重量 仅为 1g。 PiezoTechnology 生产的 X3080 型 TCXO 采用表面贴装和 穿孔两种封装，正弦波或逻辑输出，在－55℃～85℃范围内能达到 ±0.25～±1ppm 的精度。国内的产品水平也较高，如北京瑞华欣科技 开发有限公司推出的 TCXO（32～40MHz）在室温下精度优于 ±1ppm，第一年的频率老化率为±1ppm，频率（机械）微调≥±3ppm， 电源功耗≤120mw。目前高稳定度的 TCXO 器件，精度可达 ±0.05ppm。 高精度、低功耗和小型化，仍然是 TCXO 的研究课题。在小型化与 片式化方面，面临不少困难，其中主要的有两点：一是小型化会使石 英晶体振子的频率可变幅度变小，温度补偿更加困难；二是片式封装 后在其回流焊接作业中，由于焊接温度远高于 TCXO 的最大允许温 度，会使晶体振子的频率发生变化，若不采限局部散热降温措施，难 以将 TCXO 的频率变化量控制在±0.5×10－6 以下。但是，TCXO 的 技术水平的提高并没进入到极限，创新的内容和潜力仍较大。 3.TCXO 的应用 石英晶体振荡器的发展及其在无线系统中的应用（a）(b) 图 2 移动通信机电路框图及其 TCXO 外观 由于 TCXO 具有较高的频率稳定度，而且体积小，在小电流下能够 快速启动，其应用领域重点扩展到移动通信系统。 图 2（a）为移动通信机射频（RF）电路框图。TCXO 作为基准振荡 器为发送信道提供频率基准，同时作为接收通道的第一级本机振荡 器； 另一只 TCXO 作为第 2 级本机振荡器， 将其振荡信号输入到第 2 变频器。 目前移动电话要求的频率稳定度为 0.1～2.5ppm （－30～＋ 75℃），但出于成本上的考虑，通常选用的规格为 1.5～2.5ppm。移 动电话用 12～20MHz 的 TCXO 代表性产品之一是 VC－TCXO－ 201C1， 采用直接补偿方式， 外观如图 2 （b） 所示， 由日本金石 （KSS） 公司生产。 四、电压控制晶体振荡器（VCXO） 电压控制晶体振荡器（VCXO），是通过施加外部 控制电压使振荡频率可变或是可以调制的石英晶体振荡器。 在典型的 VCXO 中，通常是通过调谐电压改变变容二极管的电容量来“牵引”石 英晶体振子频率的。 VCXO 允许频率控制范围比较宽， 实际的牵引度 范围约为±200ppm 甚至更大。如果要求 VCXO 的输出频率比石英晶体振子所能实现的频率还要高， 可采用倍频方案。 扩展调谐范围的另一个方法是将晶体振荡器的输出 信号与 VCXO 的输出信号混频。与单一的振荡器相比，这种外差式 的两个振荡器信号调谐范围有明显扩展。 在移动通信基地站中作为高精度基准信号源使用的 VCXO 代表性产 品是日本精工?爱普生公司生产的 VG－2320SC。 这种采用与 IC 同样 塑封的 4 引脚器件，内装单独开发的专用 IC，器件尺寸为 12.6mm×7.6mm×1.9mm，体积为 0.19?。其标准频率为 12～ 20MHz，电源电压为 3.0±0.3V，工作电流不大于 2mA，在－20～＋ 75℃范围内的频率稳定度≤±1.5ppm，频率可变范围是±20～ ±35ppm，启动振荡时间小于 4ms。金石集团生产的 VCXO，频率覆 盖范围为 10～360MHz，频率牵引度从±60ppm 到±100ppm。VCXO 封装发展趋势是朝 SMD 方向发展，并且在电源电压方面尽可能采用 3.3V。日本东洋通信机生产的 TCO－947 系列片式 VCXO，早在 90 年代中期前就应用于汽车电话系统。该系列 VCXO 的工作频率点是 12.8MHz、 13MHz、 14.5MHz 和 15.36MHz， 频率温度特性±2.5ppm/ －30～＋75℃，频率电压特性±0.3ppm/5V±5％，老化特性±1ppm/ 年，内部采用 SMD/SMC，并采用激光束和汽相点焊方式封装，高度 为 4mm。日本富士电气化学公司开发的个人手持电话系统（PHS） 等移动通信用 VCXO，共有两大类六个系列，为适应 SMT 要求，全 部采用 SMD 封装。Saronix 的 S1318 型、Vectron 国际公司的 J 型、 Champion 技术公司的 K1526 型和 Fordahi 公司的 DFVS1－KH/LH等 VCXO，均是表面贴装器件，电源电压为 3.3V 或 5V，可覆盖的频 率范围或最高频率分别为 32～120MHz、155MHz、2～40MHz 和 1 －50MHz， 牵引度从±25ppm 到±150ppm 不等。 电子公司生产的 MF T－VCXO 系列产品尺寸为 5mm×7mm， 曾被业内认为是外形尺寸最 小的产品，但这个小型化的记录很快被打破。目前新推出的双频终端 机用 VCXO 尺寸仅为 5.8mm×4.8mm，并且有的内装 2 只 VCXO。 Raltron 电子公司生产的 VX－8000 系图 3 压控 SAW 振荡器内部结构图 4OCXO 内部结构示图 列表面贴装 VCXO， 采用引线封装时高度为 0.185 英寸， 采用扁平封 装时仅为 0.15 英寸，工作频率可在 1～160MHz 内选择，标准频率 调整范围为±100ppm，线性度优于±10％，稳定度优于±25ppm/0～ 70℃，老化率为±2ppm/年，输出负载达 10 个 LSTTL（单价达 10 美 元以上）。 于 1998 年 7 月上市的单价 2000 日元的 UCV4 系列压控振荡器 （VCO），面向全球移动通信系统（GSM）和个人数字蜂窝电话 （PDC） 可用频率范围为 650～1700MHz， ， 电源电压为 2.2～3.3V， 尺寸仅为 4.8mm×5.5mm×1.9mm，体积为 0.05?，重量 0.12g。日本精工?爱普生公司利用 ST 切型晶片制作的声表面波（SAW）谐 振器（Q≌2000），型号为 FS－555，用 4.8mm×5.2mm×1.5mm 陶 瓷容器包封， 振荡频率范围达 250～500MHz， 频率初始偏差为±25～ 100ppm，在－20～60℃范围内的频率稳定度是±27ppm，老化率为 ±10ppm/年。 利用 FS－555 组成的压控 SAW 振荡器内部结构如图 3 所示。 欲扩大频率调节范围， 可加大串联电感 Lo 的电感量。 由于 SAW 谐振器的频率可达 2GHz 以上，为压控 SAW 振荡器（VCSO）的高 频化提供了一条重要途径。 五、恒温控制晶体振荡器（OCXO） CXO 是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定， 将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体 振荡器，其内部结构如图 4 所示。在 OCXO 中，有的只将石英晶体 振子置于恒温槽中， 有的是将石英晶体振子和有关重要元器件置于恒 温槽中，还有的将石英晶体振子置于内部的恒温槽中，而将振荡电路 置于外部的恒温槽中进行温度补偿，实行双重恒温槽控制法。利用比 例控制的恒温槽能把晶体的温度稳定度提高到 5000 倍以上，使振荡 器频率稳定度至少保持在 1×10－9。OCXO 主要用于移动通信基地 站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。 OCXO 是由恒温槽控制电路和振荡器电路构成的。通常人们是利用 热敏电阻“电桥”构成的差动串联放大器，来实现温度控制的。具有自动增益控制（AGC）的（C1app）振荡电路，是目前获得振荡频率高 稳定度的比较理想的技术方案。 在近几年中，OCXO 的技术水平有了很大的提高。日本电波工业公 司开发的新器件功耗仅为老产品的 1/10。在克服 OCXO 功耗较大这 一缺点方面取得了重大突破。该公司使用应力补偿切割（SCCut）石 英晶体振子制作的 OCXO，与使用 AT 切形石英晶体振子的 OCXO 比较，具有高得多的频率稳定度和非常低的相位噪声。相位噪声是指 信号功率与噪声功率的比率（C/N），是表征频率颤抖的技术指标。 在对预期信号既定补偿处， 1Hz 带宽为单位来测量相位噪声。 以 Bliley 公司用 AT 切形晶体制作的 NV45A 在补偿点 10Hz、100Hz、1kHz 和 10kHz 处的相位噪声分别为 100、135、140 和 145dBc/Hz，而用 SC 切割晶体制成的同样 OCXO，则在所有补偿点上的噪声性能都优 于 5dBc/Hz。 金石集团生产的 OCXO，频率范围为 5～120MHz，在－10～＋60℃ 的温度范围内，频率稳定度有±0.02、±0.03 和±0.05ppm，老化指标 为±0.02ppm/年和±0.05ppm/年。Oak 频率控制公司的 4895 型 4.096～45MHz 双恒温箱控制 OCXO，温度稳定度仅为 0.002ppm （2×10－10）/0～75℃；4895 型 OCXO 的尺寸是 50.8mm×50.8mm×38.3mm，老化率为±0.03ppm/年。如果体积缩小 一点，在性能指标上则会有所牺牲。Oak 公司生产的 10～25MHz 表 面贴装 OCXO，频率稳定度为±0.05ppm/0～70℃。PiezoCrystal 的275 型用于全球定位系统（GPS）的 OCXO 采用 SC 切形石英晶体 振子，在 0～75℃范围内总频偏小于±0.005ppm，最大老化率为 ±0.005ppm/年。Vectron 国际公司的 CO－760 型 OCXO，尺寸为 25.4mm 见方，高 12.7mm，在 OCXO 产品中，体积算是较小的。 随着移动通信产品的迅猛增长， OCXO 的市场需求量会逐年增加。 对 OCXO 的发展方向是顺应高频化、高频率稳定度和低相位噪声的要 求，但在尺寸上的缩小余地非常有限。 日本金石、 始建于 1948 年的 NibonDempaKogyo 公司和美国摩托罗 位、 韩国的 Sunny－Emi 等公司， 都是生产石英晶体器件较大的厂商。 国内生产石英晶体振荡器等元器件的单位有原电子工业部第十研究 所、北京 707 厂、国营第 875 厂和一些合资企业等。我国对人造石 英晶体及其元器件的研究开发起步较早，目前拥有的生产能力也较 大。 就石英晶体振荡器而言， 与国外先进水平比较， 主要是在片式化、 小型化、高频化和频率温度特性等方面还存在差距。尽快缩小这些差 距，进一步扩大生产规模，提高产品性价比，是提高在国际市场上竞 争力的必由之路。与此同时，还要跟踪该器件发展的新动向，如，视 频发生器等振荡器的研究与应用。2007 年 08 月 31 日 星期五 上午 10:42所谓谐振器，不只包括石英晶体谐振器，还包括如陶瓷谐振 器，LC 谐振器等。而晶振，是晶体振荡器的简称，它是用晶体谐振 器和电路结合构成的振荡器部件， 尤其是指用石英晶体做成的振荡器 部件。所以完整的命名应是“石英晶体谐振器”和“石英晶体振荡 器”。另外，谐振器是无源器件，需要外围电路驱动其工作，产生时 钟输出。振荡器则是有源器件，自身就有内置电路，提供较稳定的时 钟输出。 晶体振荡器是用晶振作选频元件的振荡电路， 较其他振 荡电路具有选频特性好（Q 值很高）、频率稳定度很高等优点。 谐振器与振荡器的根本区别就在于有源与无源， 也可以说是主动与被 动。振荡器比谐振器多了一个控制电路。 晶体谐振器有一些等效参数，不同的使用环境可能会有不同的要求， 比如有些使用中对负载电容 C0 / C1 有要求，选用时还要考虑环境 温度、负载电容、频率精度甚至 DLD 等要求，这就要求外围振荡电 路的参数要加一些控制才能输出稳定的频率。 晶体振荡器就避免了这些麻烦， 振荡电路已经由生产厂家 做好，使用时只需要提供一个稳定的电源供电就可以有稳定输出了。 另外振荡器还有一些辅助功能的，比如，压控晶振（VCXO）、温补晶 振（TCXO）、恒温晶振（OCXO）等，这些振荡器可以满足直接使用谐 振器时难以做到的一些精密控制。 OCXO 的频率精度可以做到 E-9 像 量级。 其次，晶振是用晶体谐振器作成的，为了在别的部件上面，作为信号载波，或时序。以符合所生产产品的要求。
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