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石英晶體諧振�
閱讀�11467�(shí)間:2010-09-15 09:20:44

      石英晶體諧振器是利用石英晶體的壓電效�(yīng)(對(duì)某些電介�(zhì)施加�(jī)械力而引起它們內(nèi)部正�(fù)電荷中心相對(duì)位移,�(chǎn)生極�,從而導(dǎo)致介�(zhì)兩端表面�(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電�.在一定應(yīng)力范圍內(nèi),�(jī)械力與電荷呈線性可逆關(guān)�.)而制成的諧振元件.與半�(dǎo)體器件和阻容元件一起使�,便可�(gòu)�石英晶體振蕩�.

原理

      石英晶體若在晶片的兩�(cè)施加�(jī)械壓�,則在晶片相�(yīng)的方向上將產(chǎn)生電�(chǎng),這種物理�(xiàn)象稱為壓電效�(yīng),晶振就是根�(jù)壓電效應(yīng)研制而成。如果在晶片的兩極上加交變電�,晶片就�(huì)�(chǎn)生機(jī)械振�(dòng),同�(shí)晶片的機(jī)械振�(dòng)又會(huì)�(chǎn)生交變電�(chǎng)。在一般情況下,晶片機(jī)械振�(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加�,比其他頻率下的振幅大得�,這種�(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相�。它的諧振頻率與晶片的切割方�、幾何形狀、尺寸等有關(guān)�

特點(diǎn)

      石英晶體振蕩器是由品�(zhì)因素極高的石英晶體振子(即諧振器和振蕩電路組成。晶體的品質(zhì)、切割取�、晶體振子的�(jié)�(gòu)及電路形式等,共同決定振蕩器的性能。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)將石英晶體振蕩器分�4類:普通晶體振蕩(TCXO�,電壓控制式晶體振蕩器(VCXO),溫度�(bǔ)償式晶體振蕩(TCXO�,恒溫控制式晶體振蕩(OCXO�。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補(bǔ)償式晶體損振蕩(DCXO)等�
      普通晶體振蕩器(SPXO)可�(chǎn)�10^(-5)�10^(-4)量級(jí)的頻率精�,標(biāo)�(zhǔn)頻率1�100MHZ,頻率穩(wěn)定度是�100ppm。SPXO�(méi)有采用任何溫度頻率補(bǔ)償措�,價(jià)格低廉,通常用作微處理器的時(shí)鐘器�。封裝尺寸范圍從21×14×6mm�5×3.2×1.5mm�
      電壓控制式晶體振蕩器(VCXO)的精度�10^(-6)�10^(-5)量級(jí),頻率范�1~30MHz。低容差振蕩器的頻率�(wěn)定度是�50ppm。通常用于鎖相�(huán)�。封裝尺�14×10×3mm�
      溫度�(bǔ)償式晶體振蕩器(TCXO)采用溫度敏感器件�(jìn)行溫度頻率補(bǔ)�,頻率精度達(dá)�10^(-7)�10^(-6)量級(jí),頻率范�1�60MHz,頻率穩(wěn)定度為�1~�2.5ppm,封裝尺寸從30×30×15mm�11.4×9.6×3.9mm。通常用于手持電話、蜂窩電�、雙向無(wú)線通信�(shè)備等�
      恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)將晶體和振蕩電路置于恒溫箱�,以消除�(huán)境溫度變化對(duì)頻率的影響。OCXO頻率精度�10^(-10)�10^(-8)量級(jí),對(duì)某些特殊�(yīng)用甚至達(dá)到更�。頻率穩(wěn)定度在四種類型振蕩器��

�(shù)�(yǔ)

1� �(biāo)稱頻率:晶體技�(shù)條件中規(guī)定的頻率,通常�(biāo)�(shí)在產(chǎn)品外殼上�
2� 工作頻率:晶體與工作電路共同�(chǎn)生的頻率�
3� �(diào)整頻差:在規(guī)定條件下,基�(zhǔn)溫度�25±2℃)�(shí)工作頻率相對(duì)于標(biāo)稱頻率所允許的偏��
4� 溫度頻差:在�(guī)定條件下,在工作溫度范圍�(nèi)相對(duì)于基�(zhǔn)溫度�25±2℃)�(shí)工作頻率的允許偏差;
5� 老化率:在規(guī)定條件下,晶體工作頻率隨�(shí)間而允許的相對(duì)變化。以年為�(shí)間單位衡量時(shí)稱為年老化��
6� 靜電容:等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容,也叫并電容,通常用C0表示�
7� �(fù)載電容:與晶體一起決定負(fù)載諧振頻率fL的有效外界電�,通常用CL表示。負(fù)載電容系列是�8PF�12PF�15PF�20PF�30PF�50PF�100PF。只要可能就�(yīng)選推薦值:10PF�20PF�30PF�50PF�100PF�
8� �(fù)載諧振頻率(fL):在規(guī)定條件下,晶體與一�(fù)載電容相串聯(lián)或相并聯(lián),其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時(shí)的兩�(gè)頻率中的一�(gè)頻率。在串聯(lián)�(fù)載電容時(shí),負(fù)載諧振頻率是兩�(gè)頻率中較低的一�(gè),在并聯(lián)�(fù)載電容時(shí),則是兩�(gè)頻率中較高的一�(gè)�
9� �(dòng)�(tài)電阻:串�(lián)諧振頻率下的等效電阻。用R1表示�
10� �(fù)載諧振電阻:在負(fù)載諧振頻率時(shí)呈現(xiàn)的等效電�。用RL表示?!L=R1�1+C0/CL�
11� 激�(lì)電平:晶體工作時(shí)所消耗功率的表征值。激�(lì)電平可選值有�2mW�1mW�0.5mW �0.2mW�0.1mW�50μW�20μW�10μW�1μW�0.1μW�
12� 基頻:在振動(dòng)模式階次的振�(dòng)頻率�13� 泛音:晶體振�(dòng)的機(jī)械諧�。泛音頻率與基頻頻率之比接近整數(shù)倍但不是整數(shù)倍,這是它與電氣諧波的主要區(qū)�。泛音振�(dòng)�3次泛��5次泛��7次泛��9次泛音等�
14、頻率準(zhǔn)確度:在�(guī)定條件下,晶振輸出頻率相�(duì)于標(biāo)稱頻率的允許偏離�。常用其相對(duì)值表��
15、頻率穩(wěn)定度�
    15.1[�(shí)域表征]   
 ?�?在規(guī)定條件下,晶振內(nèi)部元件由于老化而引起的輸出頻率隨時(shí)間的漂移。通常用某一�(shí)間間隔內(nèi)的老化頻差的相�(duì)值來(lái)量度(如�、月或年老化率等��   
  � 日穩(wěn)定度(或稱日波動(dòng)):指晶振輸出頻率在24小時(shí)�(nèi)的變化情�。通常用其變化的相�(duì)值來(lái)表示�
   15.2[頻域表征]   
 ?�?單邊相位噪聲功率譜密�,晶振輸出信�(hào)的頻譜中,用偏離載頻f Hz處每Hz帶寬�(nèi)單邊相位噪聲功率與信�(hào)功率之比的分貝(dB)量,可寫作 £(f)單位為dB/Hz�   
 ?�?頻譜純度:是量度晶振�(nèi)部噪聲及雜散譜的尺度。通常用單邊噪聲功率譜密度�(lái)表示�3、輸出波形:有正弦波和方波兩��4、輸出幅度:在接入額定負(fù)載的�(guī)定條件下,晶振輸出的均方根值電��5、頻率溫度特性:�(dāng)�(huán)境溫度在�(guī)定范圍內(nèi)按預(yù)定方式變化時(shí),晶振的輸出頻率�(chǎn)生的相對(duì)變化特�6、壓控線性度:指壓控晶振輸出頻率與壓控電壓曲線偏離線性的程度�

�(fā)�

      1、小型化、薄片化和片式化:為滿足移動(dòng)電話為代表的便攜式產(chǎn)品輕、薄、短小的要求,石英晶體振蕩器的封裝由傳統(tǒng)的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝�(zhuǎn)變。例如TCXO這類器件的體積縮小了30�100�。采用SMD封裝的TCXO厚度不足2mm,目�5×3mm尺寸的器件已�(jīng)上市�
      2、高精度與高�(wěn)定度,目前無(wú)�(bǔ)償式晶體振蕩器總精度也能�(dá)到�25ppm,VCXO的頻率穩(wěn)定度�10�7℃范圍內(nèi)一般可�(dá)±20�100ppm,而OCXO在同一溫度范圍�(nèi)頻率�(wěn)定度一般為±0.0001�5ppm,VCXO控制在�25ppm以下�
      3、低噪聲,高頻化,在GPS通信系統(tǒng)中是不允許頻率顫抖的,相位噪聲是表征振蕩器頻率顫抖的一�(gè)重要參數(shù)。目前OCXO主流�(chǎn)品的相位噪聲性能有很大改�。除VCXO�,其它類型的晶體振蕩器輸出頻率不超過(guò)200MHz。例如用于GSM等移�(dòng)電話的UCV4系列壓控振蕩�,其頻率�650�1700 MHz,電源電�2.2�3.3V,工作電�8�10mA�
      4、低功能,快速啟�(dòng),低電壓工作,低電平�(qū)�(dòng)和低電流消耗已成為一�(gè)趨勢(shì)。電源電壓一般為3.3V。目前許多TCXO和VCXO�(chǎn)�,電流損耗不超過(guò)2 mA。石英晶體振蕩器的快速啟�(dòng)技�(shù)也取得突破性�(jìn)�。例如日本精工生�(chǎn)的VG�2320SC型VCXO,在±0.1ppm�(guī)定值范圍條件下,頻率穩(wěn)定時(shí)間小�4ms。日本東京陶瓷公司生�(chǎn)的SMD TCXO,在振蕩啟動(dòng)4ms后則可達(dá)到額定值的90[%]。OAK公司�10�25 MHz的OCXO�(chǎn)�,在�(yù)�5分鐘�,則能達(dá)到�0.01 ppm的穩(wěn)定度�

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