超高稳定度智能化晶振设计技术
基于小型化超低短稳高稳定度恒温晶振的设计
恒温晶振的电路设计分为振荡电路（主振电路）和控温电路 两个部分。
2.1 主振电路的设计 振荡电路的设计有串联晶体振荡器和并联晶体振荡器两种。
并联型晶体谐振器电路是晶体接在反馈网络中，并与电路中其他 电抗元件构成并联谐振回路 ；在串联型晶体电路中，晶体与负载 电容串联，工作时呈纯阻性。为了便于可生产性和调试方便等原 因，本文采用了并联振荡电路的共集柯尔匹兹电路形式，主振电 路图见图 1。
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基于小型化超低短稳高稳定度恒温晶振的设计
郭 旺
（中国电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄 050000）
摘要 ：本文主要介绍了一款 36×27×13mm3 封装的小型化超低秒高稳定的恒温晶振的设计。传统的高稳定度恒温晶振其温度稳定
度和老化特性都能够做到很好，比如温度特性能够达到 ±0.1ppb（40℃ ~85℃），老化特性能够达到 0.1ppb/ 日。但是其短期稳定度（秒
参考文献
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3 测试结果
由于本文设计的产品短稳已经达到了 5*10e-13 的数量级，普 通设备的测量精度已经无法达到要求。所以建议采用测试精度较 高的测试设备和参考源，如本次实验的测试设备为 5125A，参考 源为高稳定度的 DBV-10M 参考源。经过前期的实验和参数的调 整，测试结果如下图 2 和图 3 ：
晶振与晶体的参数详解
晶振与晶体的参数详解晶振和晶体是电子器件中常见的元器件，被广泛应用于各种电子设备中。
下面将详细解释晶振和晶体的参数及其作用。
首先，我们来解释一些晶振的参数：1.频率：晶振频率是指晶振器产生的振荡信号的频率。
晶振的频率通常通过外部电路进行调节，可以根据需要选择不同的频率值。
2.稳定度：晶振的稳定度是指晶振器在一段时间内产生的频率变化范围。
晶振的稳定度越高，产生的频率变化越小，可以提供更稳定、可靠的时钟信号。
3.温度系数：晶振的温度系数是指晶振器频率随温度变化的比例。
温度系数越小，晶振器的频率随温度变化的影响越小。
4.驱动能力：晶振的驱动能力是指晶振器输出信号的电流或电压幅度。
不同的应用场景需要不同幅度的驱动能力。
5.电源电压：晶振器需要一定的电源电压才能正常工作，通常以工作电压范围表示。
接下来，我们来解释一些晶体的参数：1.晶体结构：晶体的结构是指晶体的原子排列方式。
晶体结构可以分为立方晶体、六方晶体、斜方晶体等。
2.晶体尺寸：晶体尺寸是指晶体的长度、宽度和厚度。
晶体的尺寸可以影响晶体的振荡频率和稳定度。
3.谐振频率：晶体的谐振频率是指晶体在特定尺寸和结构下能够实现最佳振荡的频率。
4.谐振模式：晶体的谐振模式是指晶体在振荡时所产生的振动模式，可以分为纵向谐振模式、横向谐振模式等。
5.振荡电路：晶体需要通过外部的振荡电路来产生振荡信号。
振荡电路的设计和参数设置可以影响晶体的性能和稳定度。
晶振和晶体在电子设备中具有重要的作用，主要用于提供稳定的时钟信号和振荡信号。
晶振器通过晶体的振荡产生稳定的信号，可以被用作时钟信号源，用于同步控制电路的工作。
晶振器通常被广泛应用于各种电子设备中，例如计算机、通信设备、汽车电子等。
总结起来，晶振和晶体在电子器件中扮演重要角色，他们的参数和性能直接影响着整个电子设备的稳定性和可靠性。
只有合理选择和使用晶振和晶体，才能确保电子设备的正常工作和性能表现。
宽范围高稳晶振频率稳定度测试系统的设计
宽范围高稳晶振频率稳定度测试系统的设计作者：王雪来源：《现代电子技术》2009年第19期摘要:介绍一种宽范围、高稳晶振的频率稳定度测试系统设计,整个设计以铷原子钟为标准钟,采用直接数字频率合成技术,使用高分辨力频率计数器进行测量、计算,并由AVR单片机和CPLD可编程器件完成控制。
实验结果证明,该设计不仅具备传统频稳测试系统的功能,而且又为解决非标准、高稳晶振的频率稳定度测试提供具体的方法。
关键词:晶振;频率稳定度;测试系统;高分辨力;直接数字频率合成中图分类号:TN752.2文献标识码:A文章编号:1004-373X(2009)19-102-02Test System Design of Wide Scope High Steady Crystal Oscillator Frequency StabilityWANG Xue(Jinling Institute of Tecnology,Nanjing,210001,China)Abstract:A test system′s design of a wide scope,high steady crystal oscillator frequency stability,which takes the direct digital synthesis technology as a core is introduced.Based on rubidium atomic clock,the frequency counter can be used in measurement and computation with high-resolution,which is controlled by AVR single-chip microcontroller and CPLD programmable device.The experiment results show that this design not only has traditional testing system but also provides a specific method to solve non-standard high steady crystal oscillator frequency stability of the test.Keywords:crystal oscillator;frequency stability;test system;high-resolution;direct digital synthesis 0 引言高稳定度石英晶体谐振器(简称高稳晶振)是广泛应用于通讯、电子对抗、数传电台、计算机等电子信息产品的重要器件。
晶振技术参数(精)
晶振每个晶振都会有它的参数中心频率:？？ Hz。
晶振的频率稳定度:?? PPN。
温度对晶振频率的影响这个数字越大晶振就越稳定可调范围:?? PPM。
晶振频率的可调范围这个数字越大那晶振频率的可调范围就越小负载电容:?? PF。
晶振在中心频率下所要求的电容值谐振电阻:？?欧姆。
晶振的交流电阻震荡方式:基频和泛音。
基频的震荡方式一般都不会高于25MHz。
如果要更高的频率就可以用泛音晶振。
泛音的次数一般是单数如3次泛音5次泛音7次泛音当晶振接到震荡电路上在震荡电路所引入的电容不符合晶振的负载电容的容量要求时震荡电路所出的频率就会和晶振所标的频率不同例如:一个4.0000MHz +-20PPM负载电容是16PF的晶振当负载电容是10PF时震荡电路所出的频率就可能会是 4.0003MHz当负载电容是20PF时震荡电路所出的频率就可能会是 3.9997MHz晶振负载电容有2种接法1并联在晶振上2串联在晶振上第2种比较常用2个脚都接一个电容对交流地在一些对频率精度要求高的电路上如PLL的基准等。
就是并多个可调电容来微调频率的如果对频率精度要求不高就用固定电容就行了晶振的分类根据晶振的功能和实现技术的不同，可以将晶振分为以下四类：1恒温晶体振荡器（以下简称OCXO这类型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。
这类晶振主要用于各种类型的通信设备，包括交换机、SDH 传输设备、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。
OCXO的工作原理如下图3所示：图3恒温晶体振荡器原理框图OCXO的主要优点是，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。
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等。
3215晶振生产工艺
3215晶振生产工艺晶振是一种将机械振动转化为电信号的设备，广泛应用于电子产品中，如计算机、手机、电视等。
而晶振的生产工艺对晶振的品质和稳定性起着至关重要的作用。
下面，将对晶振的生产工艺进行详细介绍。
晶振的生产工艺主要分为晶圆制备、晶圆加工、封装测试三个环节。
首先是晶圆制备。
晶圆是制作晶振的基础材料，晶圆一般选用高纯度的单晶片硅材料。
首先，将硅材料切割成圆片，然后通过化学气相沉积（CVD）方法在硅圆片上生长晶膜。
晶膜的厚度和质量将直接影响晶振的性能，所以在晶圆制备过程中需要严格控制温度、气体浓度和时间等参数。
此外，晶圆的表面还需要进行化学和机械处理，以确保表面的平整度和光洁度，为后续的加工工艺做好准备。
然后是晶圆加工。
晶圆加工是将晶圆加工成晶振芯片的过程。
首先，利用光刻技术将晶圆表面涂覆一层光刻胶，并通过光刻机将芯片的结构图案投射到光刻胶上。
然后，通过显影、刻蚀等工艺将光刻胶去除，并将芯片结构图案转移到晶圆表面。
接下来，利用物理和化学方法进行腐蚀、堆焊等加工，以形成晶振芯片的各种结构和电路。
最后，对芯片进行清洁和检测，确保芯片的质量和性能。
最后是封装测试。
在封装测试环节，晶振芯片将被封装到外壳中，并进行质量测试。
首先，将晶振芯片放置到外壳中，接着进行焊接、封装和固定。
封装过程中需要注意保持芯片与外壳的良好接触，以确保信号传输的稳定性。
然后，对封装好的晶振进行测试，包括频率、稳定性、电压等参数的测试。
只有通过了严格的测试，才能够出厂销售。
综上所述，晶振的生产工艺是一个复杂而精细的过程，需要严格控制各个环节的参数和质量。
只有通过优质的晶振生产工艺，才能够制造出性能稳定、质量可靠的晶振产品，以满足不同电子产品对晶振的需求。
未来，随着技术的不断进步，晶振的生产工艺将继续优化和改进，为电子产品的发展提供更强有力的支撑。
晶振电路设计原理
晶振电路设计原理晶振电路是一种非常重要的电路，它通常被用于电子设备和通信设备中。
它有很多优秀的特性，高稳定性、高准确度、高精度、高频率等等。
在晶振电路中，晶体是决定其性能的关键元素。
晶体的种类很多，比如石英晶体、AT晶体、GT晶体等等。
晶振电路设计涉及到很多方面，接下来我们就来了解一下晶振电路设计的一些原理和方法。
1. 晶振种类(2) 振荡频率在几百KHz到几MHz之间的中频晶振；(4) 振荡频率在1GHz以上的微波晶振。
石英晶体是应用最广泛的一种晶体，因为它具有高稳定性、高频率、高精度等优良特性。
AT晶体和GT晶体也都有不错的性能，但应用范围较窄。
(1) 晶振反馈电路：这种电路采用晶振自激振荡的方式。
晶振单元首先起到产生信号的作用，然后通过反馈电路将输出信号再次输入到晶振单元，使晶振单元维持振荡。
这种电路具有简单、可靠等特点，但需要考虑反馈电路的稳定性。
(2) 晶振放大电路：这种电路是将晶振产生的信号放大后输出的电路，通常用于调谐电路和收发机构。
这种电路具有放大增益高、抗干扰能力强等特点。
3. 晶振电路设计的关键因素(1) 晶体的特性：晶体的工作频率、频率稳定度、质量因数、振子常数等都是晶振电路设计的关键因素。
晶体越贵，其性能越好。
(2) 晶振电路的布局：晶振电路的布局一般要避免干扰源，尽量使电路简单，稳定性好。
一般情况下，晶振电路与功率晶体管等高噪声元件之间要隔一定距离。
(3) 晶振电路的调试：调试是晶振电路设计的关键，需要仔细调试才能保证其正常工作。
调试的过程中，一般要注意晶振的频率、输出电平、输出效率，尽可能达到设计要求。
(4) 外部干扰的抑制：晶振电路很容易受到外部干扰的影响，因此需要加入恰当的抑制措施，如一定的屏蔽手段、抑制干扰信号的滤波、加强电路的耐干扰能力等。
4. 晶振电路的应用晶振电路广泛应用于电子产品和通信设备中，如调频广播、电视信号接收、手机、GPS等等。
这些设备中，晶振电路起到了非常重要的作用，通过精密的晶体控制脉冲信号，保证了信号的正确传输和处理，使设备能够正常工作。
晶振工作原理及参数详解
晶振电路周期性输出信号的标称频率（Normal Frequency），就是晶体元件规格书中所指定的频率，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。
晶振常用标称频率在1～200MHz之间，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL（锁相环）将低频进行倍频至1GHz以上。
输出信号的频率不可避免会有一定的偏差，我们用频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability）来表示，单位是ppm，即百万分之一（parts per million）（1/106），是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。
比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×±20Hz=±240Hz，即频率范围是（11999760～12000240Hz）。
另外，还有一个温度频差（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，它的单位也是ppm。
我们经常还看到其它的一些参数，比如负载电容、谐振电阻、静电容等参数，这些与晶体的物理特性有关。
石英晶体有一种特性，如果在晶片某轴向上施加压力时，相应施力的方向会产生一定的电位。
相反的，在晶体的某轴向施加电场时，会使晶体产生机械变形；如果在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，机械形变振动又会产生交变电场，尽管这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。
当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（与切割后的晶片尺寸有关，晶体愈薄，切割难度越大，谐振频率越高）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。
将石英晶片按一定的形状进行切割后，再用两个电极板夹住就形成了无源晶振，其符号图如下所示：下图是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性的简化电路。
基于热仿真的高稳恒温晶振的设计
第４２卷第１期２０１９年２月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ ４２㊀Ｎｏ １Ｆｅｂ.２０１９收稿日期:２０１７－０５－０４㊀㊀修改日期:２０１７－０７－０６ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈ￣ＳｔａｂｉｌｉｔｙＯＣＸＯＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｒｍａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＣＨＥＮＰｉｎｇｐｉｎｇ∗(ＢｏｗｅｉＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓＣｏ.ＬｔｄꎬＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００５１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＨｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｄｅｓｉｇｎＯＣＸＯ(ＯｖｅｎＣｒｙｓｔａｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ).ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙＯＣＸＯꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐｒｅｖｉｏｕｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅꎬｗｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍａｄｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓꎬｗｅｇｏｔｔｈｅｂｅｓｔｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ａｔｌａｓｔꎬａ３６ｍｍˑ２７ｍｍˑ１３ｍｍＯＣＸＯｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ｉｔｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃａｎｂｅｌｅｓｓｔｈａｎ１ˑ１０－９.ＰｒａｃｔｉｃｅｈａｓｐｒｏｖｅｄｔｈｅＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋｔｈｅｒｍａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＯＣＸＯｃａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｖｅｎｃｒｙｓｔａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒꎻｔｈｅｒｍａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋꎻｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｆｒｅｑｕｅｎｃｙ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙＥＥＡＣＣ:１２３０Ｂꎻ２８６０㊀㊀㊀㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－９４９０.２０１９.０１.０３９基于热仿真的高稳恒温晶振的设计陈萍萍∗(河北博威集成电路有限公司ꎬ石家庄０５００５１)摘㊀要:高精度的恒温结构是设计高稳恒温晶体振荡器的关键ꎮ为了获取高稳定的恒温晶振ꎬ根据以往的经验ꎬ我们设计了３种恒温槽结构ꎬ并运用ＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋ软件对这３种结构进行热仿真ꎬ通过仿真结果比较得出最优方案ꎬ最终设计出体积为３６ｍｍˑ２７ｍｍˑ１３ｍｍ的恒温晶体振荡器ꎬ其频率温度稳定度ɤ１ˑ１０－９ꎮ实践证明ꎬＩｃｅｐａｋ软件进行恒温晶体振荡器的设计ꎬ可以优化恒温槽的结构ꎬ提高工作效率ꎮ关键词:恒温晶体振荡器ꎻ热仿真ꎻＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋꎻ恒温结构ꎻ频率温度稳定度中图分类号:ＴＮ７５３.９㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００５－９４９０(２０１９)０１－０２０６－０４㊀㊀由于晶体的频率温度特性ꎬ温度成为影响晶体振荡器频率稳定度最主要的因素ꎬ温度的控制和处理一直是提高晶振稳定度的主要手段[１]ꎮ在恒温晶振设计阶段ꎬ通过热分析软件对电路板及恒温槽的散热进行仿真分析ꎬ可以在投板前仿真出晶体谐振器的温度变化ꎬ根据仿真结果不断改进恒温槽结构的设计ꎬ减少再生产的成本ꎬ压缩研发周期ꎮ本文对恒温晶振３种不同的热结构进行了热仿真分析ꎬ并根据仿真结果选取最佳热结构进行产品设计ꎬ最终通过实际产品对仿真结果进行了验证ꎬ实验证明ꎬ热仿真分析在恒温晶振的设计过程中具有很重要的指导意义ꎮ１㊀晶体的频率温度特性晶体的频率温度特性是指当晶体谐振器的工作温度变化时ꎬ晶体的晶格会发生变形ꎬ从而导致振荡频率发生变化[２]ꎮ石英谐振器相对频偏与温度的关系称为晶体的静态温度系数ꎬ由晶体的切型和角度所决定ꎬ选择合适的切角ꎬ可以得到具有零温度系数的晶体ꎬ本文设计中采用的是ＳＣ切型的晶体ꎬ其频率与温度的关系如式(１)所示[３]:Δｆ/ｆ０＝ａ０(Ｔ－Ｔ０)＋ｂ０(Ｔ－Ｔ０)２＋ｃ０(Ｔ－Ｔ０)３(１)式中ꎬＴ为谐振器的温度ꎬＴ０为参考温度ꎬｆ０为参考温度点的频率ꎬａ０㊁ｂ０㊁ｃ０分别为谐振器的一次㊁二次㊁三次温度系数ꎮ式(１)所对应的ＳＣ切晶体典型频率温度曲线如图１所示ꎮ图１㊀典型ＳＣ切晶体的温频曲线由图１可以看出ꎬＳＣ切晶体的频率温度曲线拐点为ｄ２ｆ(Ｔ)ｄＴ２＝０ꎬ在拐点附近ꎬ存在上下翻转点ｄｆ(Ｔ)ｄＴ＝０ꎬ第１期陈萍萍:基于热仿真的高稳恒温晶振的设计㊀㊀图中以上拐点和下拐点进行标注ꎮ已知在拐点附近ꎬ晶体的频率温度特性最小ꎮ当温度范围较宽时ꎬ所有切型石英谐振器的频率都随温度而有一定的变化ꎬ只有当温度范围在零温度系数点附近小范围波动时ꎬ晶体的频率变化才会达到最小ꎮ为提高频率稳定度ꎬ通常有两种方法ꎬ一是采用温度补偿ꎬ二是使晶体处于恒温环境[４]ꎮ恒温晶体振荡器就是采用第２种方法ꎮ设计原理是将晶体置于恒温槽中ꎬ并把恒温槽的温度稳定在晶体的拐点温度处ꎬ利用晶体谐振器在拐点温度处频率温度系数最小的特性ꎬ减小外界环境温度变化对晶体频率的影响ꎮ由图１可知ꎬΔＴ０越小ꎬ控温精度越高ꎬ温度对频率的影响越小ꎮ因此ꎬ为了设计出高稳定的恒温晶振ꎬ高精度的恒温槽是关键ꎬ这就需要对热结构进行精确地分析和设计ꎮ影响恒温晶振热结构特性的因素主要有ＰＣＢ板的布局㊁加热管的选择㊁恒温槽的设计等ꎮ２㊀Ｉｃｅｐａｋ简介Ｉｃｅｐａｋ软件是ＡＮＳＹＳ系列软件中针对电子行业的散热仿真优化分析软件ꎬ可以模拟电子行业涉及的散热㊁流体等相关工程问题ꎬ比如强迫风冷㊁自然冷却㊁ＰＣＢ单板的散热等ꎮＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋ使用Ｆｌｕｅｎｔ计算流体力学(ＣＦＤ)求解器ꎬ借助强大的网格划分功能ꎬ具有鲁棒性好㊁计算精度高㊁求解速度快的优点[５－６]ꎮＩｃｅｐａｋ在对电子产品的恒温控制的仿真过程中ꎬ通过对元器件的分布位置㊁材料属性以及周围环境温度的设置ꎬ可以比较准确的仿真出产品内部的温度分布ꎮ仿真流程:建立热模型－ＣＡＤ模型转化－模型导入Ｉｃｅｐａｋ－划分网格－参数设置－仿真运行－后处理显示ꎮ３㊀仿真分析３.１㊀建立热模型为了获取高稳定的恒温晶振ꎬ本文中针对ＴＯ－８结构的晶体ꎬ通过选择不同封装的加热管以及恒温槽在ＰＣＢ板位置的不同ꎬ设计了３种结构ꎮ结构１将晶体及恒温槽放在ＰＣＢ板的中心位置ꎬ采用两个较大封装的加热管相对晶体斜角对称分布ꎬ如图２所示ꎮ结构２相比结构１将加热管对称分布在恒温槽的两侧ꎬ但由于ＰＣＢ板空间有限ꎬ将晶体及恒温槽整体向左侧偏移ꎬ如图３所示ꎮ结构３保证晶体及恒温槽在ＰＣＢ板中心ꎬ采用４个小型加热管ꎬ分布在恒温槽的两侧ꎬ如图４所示ꎮ图２㊀结构１的立体模型图３㊀结构２的立体模型图４㊀结构３的立体模型分别将这３种几何模型导入ＤｅｓｉｇｎＭｏｄｅｌｅｒ后ꎬ通过ｓｉｍｐｌｉｆｙ㊁ｂｏｏｌｅａｎ等工具对ＣＡＤ几何体进行简化处理[７－８]ꎬ然后导入Ｉｃｅｐａｋꎬ对其划分多级化网格ꎮ３.２㊀参数设置仿真计算区域默认为晶振的内部空间ꎬ将尺寸设置为３６ｍｍˑ２７ｍｍˑ１３ｍｍꎻ打开自然对流和辐射换热ꎻ设置重力参数为－９.８ｍ/ｓ２ꎻ模拟测试环境的温度ꎬ将温度分别设置－２０ħ㊁２５ħ㊁７０ħ分别先后进行三次仿真ꎮ晶体表面设置为Ｎｉ￣ｏｘｉｄｉｓｅｄꎬ材料设置为铜ꎬＰＣＢ板材料选择ＦＲ－４ꎬ恒温槽根据实际加工材料ꎬ表面为镀银ꎬ实体材料设置为铝ꎬ加热管焊盘设置为焊锡材料ꎮ根据环境温度变化ꎬ加热管电流大小有所变化ꎬ根据加热电路的设计可以知道每个温度点对应的加热管的功耗ꎬ从而设置加热管功率ꎮ３.３㊀计算结果及分析３.３.１㊀仿真结果通过仿真ꎬ分别得到了３种结构在－２０ħ㊁２５ħ㊁７０ħ３个温度点时晶体的温度分布云图ꎬ如７０２电㊀子㊀器㊀件第４２卷图５~图１３所示ꎮ图９㊀结构２在２５ħ时晶体的温度分布云图图５㊀结构１在－２０ħ时晶体的温度分布云图图６㊀结构１在２５ħ时晶体的温度分布云图图７㊀结构１在７０ħ时晶体的温度分布云图图８㊀结构２在－２０ħ时晶体的温度分布云图图１０㊀结构２在７０ħ时晶体的温度分布云图图１１㊀结构３在－２０ħ时晶体的温度分布云图图１２㊀结构３在２５ħ时晶体的温度分布云图图１３㊀结构３在７０ħ时晶体的温度分布云图３.３.２㊀仿真结果分析根据表１的热仿真结果分析ꎬ对比结构１和结构２的仿真结果可以得出ꎬ将恒温槽放在整个ＰＣＢ板的中心位置可以较好地保证晶体温度的稳定ꎮ对比结构１和结构３的仿真结果可以得出ꎬ相比较两个大的加热管ꎬ选择４个小型加热管进行恒温槽的加热可以使得晶体的温度分布更加均匀ꎬ综合以上仿真结果ꎬ本文认为ꎬ采用结构３可以获得更稳定的温度特性ꎮ８０２第１期陈萍萍:基于热仿真的高稳恒温晶振的设计㊀㊀表１㊀热仿真结果分析环境温度/ħ晶体的最大温度差/ħ结构１结构２结构３－２０１.０１１２.２３００.８１６２５０.６４７１.３８８０.４９８７００.２５８０.５５２０.２０３４㊀仿真结果验证为了验证前面仿真结果的正确性ꎬ本文制作出３种结构的ＰＣＢ板ꎬ并选取同一只晶体ꎬ先后进行３种ＰＣＢ板的控温精度测试ꎬ将装配好的晶振置于温箱中ꎬ将温箱设置为－２０ħ~７０ħ缓慢均匀变化ꎬ采集频率ꎬ实验结果如图１４~图１６所示ꎮ图１４㊀结构１晶振－２０ħ~７０ħ的Ｂ模特性曲线图１５㊀结构２晶振－２０ħ~７０ħ的Ｂ模特性曲线图１６㊀结构３晶振－２０ħ~７０ħ的Ｂ模特性曲线由于ＳＣ切晶体的Ｂ模频率特性曲线随温度的变化是单调的ꎬ且倾角是固定的－２５.５ˑ１０－６/ħꎬ即Ｂ模频率与温度是固定的关系ꎬ因此ꎬ当外界温度变化时ꎬ通过测试产品的Ｂ模频率变化ꎬ就可以计算出在该外界温度条件下晶体内部真实的温度变化ꎬ即控温精度ꎬ如表２所示表２㊀３种热结构实测结果结构１结构２结构３Ｂ模频率偏差/Ｈｚ５５１５０２０控温精度/ħ０.１９０.５３０.０７㊀㊀由上可以看出ꎬ实际测试的结果与热仿真的结果趋势保持一致ꎬ结构３具有最好的温度特性ꎬ因此ꎬ本设计最终选择结构３进行高稳恒温晶振的设计ꎬ结合振荡电路和精密控温电路的设计ꎬ最终ꎬ样品的温度稳定性的实际测试结果ɤ１ˑ１０－９ꎬ实测曲线如图１７所示ꎬ该结果再一次验证了热仿真分析的可行性ꎮ图１７㊀样品频率温度特性实测曲线５㊀结论本文通过对３种结构的恒温槽进行热仿真分析ꎬ得出最优结构ꎬ并进行实际的测试验证ꎬ最终设计出频率温度稳定度ɤ１ˑ１０－９的高稳定的恒温晶体振荡器ꎮ从本文设计结果可以得出ꎬ在恒温晶振的设计中运用Ｉｃｅｐａｋ软件进行热仿真ꎬ能有效帮助设计者预知恒温槽内部晶体的热量分布ꎬ减少研发再生产的成本ꎬ提高设计效率ꎮ参考文献:[１]㊀黎荣林ꎬ陈萍萍ꎬ黎敏强ꎬ等.一种高稳定恒温晶振的设计[Ｊ].电子器件ꎬ２０１６ꎬ３９(２)ꎬ３２９－３３３.[２]ＶｉｇＪＲ.ＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＲｅｓｏｎａｔｏｒｓａｎｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒｓｆｏｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＴｉｍｉｎｇＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＡＴｕｔｏｒｉａｌ[Ｏｎｌｉｎｅ].Ａｖａｉｌａｂｌｅ:ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｉｅｅｅ－ｕｆｆｃ.ｏｒｇ/ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ/ｌｅａｒｎｉｎｇ－ｖｉｇ－ｔｕｔ.ａｓｐ. [３]王本兴.微小型恒温晶体振荡器[Ｊ].电讯技术ꎬ１９９１ꎬ３１(６):２８－３４.[４]高益.精密恒温晶体振荡器的设计与研制[Ｄ].武汉:华中科技大学ꎬ２００４:２－１０.[５]陈云ꎬ徐晨.有限元分析软件ＡＮＳＹＳ在多芯片组件热分析中的应用[Ｊ].电子工程师ꎬ２００７ꎬ３３(２):９－１１.[６]毛佳ꎬ程凯ꎬ雷阳ꎬ等.ＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋ及Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ结构热力学仿真分析[Ｍ].北京:化学工业出版社ꎬ２０１５:２.[７]李琴ꎬ刘海东ꎬ朱敏波ꎬ等.热仿真在电子设备结构设计中的应用[Ｊ].电子工艺技术ꎬ２００６ꎬ２７(３):１６５－１６８.[８]王永康.ＡＮＳＹＳＩｃｅｐａｋ电子散热基础教程[Ｍ].北京:国防工业出版社ꎬ２０１５:１.陈萍萍(１９８９－)ꎬ女ꎬ汉族ꎬ山东德州人ꎬ河北博威集成电路有效公司ꎬ工程师ꎬ主要研究方向为频率控制技术ꎬｃｈｅｎｐｉｎｇｐｉｎｇ０ａａ＠１６３.ｃｏｍꎮ９０２。
低噪声高稳定100M_恒温振荡器的设计与实现
- 59 -工 业 技 术0 引言振荡器是一种通过振荡产生信号的元器件，可以看作一个能量转换装置，能将线路中的直流电源的电能转换成一种固定频率、幅度和波形的直流信号。
这种能量的转换基于石英晶体材料的一种特性，即压电效应。
在石英谐振器的2个电极之间加一个固定电场，中间的晶片就会发生机械形变；反过来，晶片发生机械形变，其电极之间也会产生一定的电场。
正是基于这一特性，厂家生产出各式各样的振荡器，恒温晶体振荡器便是其中一个分支。
恒温晶体振荡器是目前频率准确度、频率稳定度最好的振荡器，其短期稳定度、相位噪声具有非常优异的性能，长期稳定度也不逊色于普通的原子钟，被广泛应用于航空、航天、通信、雷达和精密仪器仪表等多行业。
随着技术的发展，对频率器件的高稳定度也要求越来越高，给频率器件厂家带来了新的挑战，同时也是新的机遇[1]。
1 理论分析及设计方法1.1 相位噪声浅析常说的恒温晶体振荡器的短期稳定性主要包括相位噪声、温度波动以及日老化。
日老化主要取决于核心元器件本身的制造工艺。
温度特性主要取决于恒温槽精密控温技术。
相位噪声相对来说复杂一些。
由于电噪声的存在使晶体振荡器产生随机抖动，因此晶体振荡器频率的短期稳定主要由电路内部电噪声的强弱决定。
根据噪声形成机理的不同，电噪声可以分为热噪声、散弹噪声、散变噪声和爆裂噪声等。
其中，热噪声和散弹噪声的机理早已清楚。
爆裂噪声被认为是载流子受半导体结中的缺陷调制而产生的并且有了一定的试验依据。
唯有散变噪声的形成机理至今没有定论。
然而对振荡器的研发者来说，最重要的是各种噪声的谱密度，散变噪声具有f-a 形成的谱密度，这一点是明确的[2]。
因此设计一款低噪声、高稳定的100M 晶振，需要先设计好其核心的振荡电路。
1.2 振荡电路设计及器件选型高稳晶体振荡器可以拆分为4个模块，分别是振荡线路、信号处理放大、直流稳压电路以及恒温槽控制电路。
作为整个振荡器的核心，振荡电路的每个特性指标会直接影响高稳晶振的最终性能。
晶振的精度参数详解
晶振的精度参数详解以晶振的精度参数详解为题，我们将详细介绍晶振的精度参数，包括频率精度和稳定度。
一、频率精度：晶振的频率精度是指晶振输出的频率与其标称频率之间的差异。
频率精度通常以ppm（百万分之一）或ppb（十亿分之一）为单位进行表示。
频率精度越高，晶振输出的频率与标称频率的差异越小，晶振的性能越好。
频率精度受到多种因素的影响，主要包括晶振的制造工艺、晶体材料的质量以及外部环境的温度和压力等。
制造工艺的不同会导致晶振的频率精度有所差异，而晶体材料的质量也会直接影响晶振的频率稳定性。
二、稳定度：晶振的稳定度是指晶振输出频率在一定时间范围内的变化程度。
稳定度通常以ppm为单位进行表示。
稳定度越高，晶振的频率变化越小，晶振的性能越好。
稳定度受到多种因素的影响，主要包括晶振的温度特性、老化效应以及外部环境的温度和压力等。
晶振的温度特性是指晶振频率随温度变化的规律，一般情况下，晶振频率会随温度的升高而增加。
晶振的老化效应是指晶振的频率在长时间使用过程中会发生变化，通常情况下，晶振的频率会随时间的推移而逐渐降低。
为了提高晶振的频率精度和稳定度，制造商通常会采用一些技术手段。
例如，采用高精度的晶体材料、优化晶振的制造工艺、加入温度补偿电路等。
这些技术手段可以有效地提高晶振的性能，使其在各种应用场景下都能够稳定可靠地工作。
总结起来，晶振的精度参数包括频率精度和稳定度。
频率精度是指晶振输出的频率与其标称频率之间的差异，而稳定度是指晶振输出频率在一定时间范围内的变化程度。
这些参数对于晶振的性能至关重要，制造商通常会通过优化晶振的制造工艺和采用一些技术手段来提高晶振的频率精度和稳定度。
只有在频率精度和稳定度都达到要求的情况下，晶振才能在各种应用场景下稳定可靠地工作。
3215 8m晶振规格书
3215 8m晶振规格书
一、产品概述
3215 8MHz晶振是一款高精度、高稳定的石英晶体振荡器，广泛应用于各种电子设备中，如通信、导航、仪表等领域。
该产品具有体积小、可靠性高、性能稳定等优点，能够为电子设备的频率源提供高品质的频率信号。
二、尺寸与重量
3215 8MHz晶振的外形尺寸为3.2mm x 1.5mm x 0.9mm，重量约为0.02克。
三、频率范围
该晶振的标称频率为8MHz±10ppm，符合国际标准和相关行业标准。
四、温度稳定性
3215 8MHz晶振的温度稳定性非常好，其温漂为±10ppm/-40℃～+85℃。
在各种温度条件下，该晶振都能保持稳定的输出频率。
五、频率偏差
该晶振的频率偏差非常小，符合相关标准的要求。
在不同的工作条件下，其输出频率的偏差都能保持在很小的范围内。
六、老化率
3215 8MHz晶振的老化率很低，长期使用对频率的影响非常小。
经过老化测试，其老化率小于±5ppm/年。
七、输出波形
该晶振的输出波形为正弦波或方波，可根据客户需求进行定制。
其输出幅度和偏置电压可调，方便客户进行电路设计。
八、工作电压
3215 8MHz晶振的工作电压范围为+5V～+15V，符合大多数电子设备的需求。
在规定的工作电压范围内，该晶振能够保持稳定的性能和输出频率。
九、负载电容
该晶振的负载电容为8pF±5pF，符合相关标准的要求。
在实际应用中，根据电路设计和性能需求，客户可对负载电容进行调整。
晶振电路设计
晶振电路中，在2个24pf的起振电容的接地端之间串上一个1M欧姆的电阻有什么作用？应该是反馈作用，稳定振荡效果匹配电容-----负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。
一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。
要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。
一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。
这样并联起来就接近负载电容了。
负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。
他是一个测试条件，也是一个使用条件。
应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。
此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。
3．一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高4．负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。
负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。
标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。
因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。
所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。
晶振旁的电阻（并联与串联）一份电路在其输出端串接了一个22K的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个10M的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。
晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M 欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。
和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。
晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲drive level调整用。
一种高稳定度晶振的隔振缓冲结构设计
０ 引 言
在 某工 程 中有 一个 高 稳 定 度 的 温 补 晶体 振 荡 器 ，
它安 装在 一种便 携 式装备 中 。在架 设 到三脚 架 上工作
（
ｋ ｍｐ ） ＋ ｃ ｐ
一
㈩
、
令 ＝ ／ ｋｍ，Ｄ＝ ｌｏ＝Ｃ Ｃ ， ｐ ｔ， ａｔ ／ ７＝ ／ 分别 是 刚度 与 ｏ
１ 常用 隔振 缓 冲 方 法及 其 局 限性
设 备 的 隔 振 缓 冲 ， 常 见 的方 法 是 安 装 减 振 器 。 最 常用 的减 振器 有橡 胶 减 振器 、 属 弹 簧减 振 器 和 复 合 金 减振 器等 。为 了选 择减 振器 ， 要分 析它 的受 力情 况 。 先 晶振 受 到振 动和 冲击 的双 重作 用力 ， 考虑 振 动 的情 先
工作 指 标 。因此 ， 晶振 的隔 振 缓 冲 问题 包 括 两 个 方 该
有 频率 之 比 。Ｂ为系统 的位 移 响应 振 幅 ：
Ａ。
√
缓 冲 与工 作 过 程 中 的 隔振 缓
令 系数 ＂＝ ／ 表 示响 应振 幅 与激励 振 幅之 比． ： ＢＡ 则
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２０ ０ ６年 第 ２ ２卷第 ５期
２ ６． １ ２ ． ００ Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ５
电 子 机 械 工 程
Ｅｌｃｒ ｅ ｔｏ—Ｍ ｅ ｈ ｎｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｃ ａ ｉａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ １ ３
一
种 高稳 定 度 晶振 的隔振 缓 冲结 构 设 计
ｔ ｎ ｉｏａ ｉｎ ｓ ｓｅ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｒ ｔ ｎ ｔｓｉ ｇ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ａ ｐ ｌ ａｉｎ ｓ ｏ ｈ ｔ ｉ ｓ ｌ ｔ ｙ ｔｍ ｓ ｎ ｒ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｒ ｓ ｌ ｆｖｂ ａ ｉ ｔ ｎ ｒ ｃ ｉ ｌ ｐ ｉ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｏ ｏ ｏ ｓ ｏ ｅ ｎ ｃ ａ ｃ ｏ
晶振的频率精度、稳定度及长期稳定度
晶振的频率精度、稳定度及长期稳定度晶振（xtal）属于精密频率元件，可提供稳定、精确的频率信号。
但由于切片工艺、补偿方式和电路结构不同，晶振的频率特性也个不相同，选型时必须考虑三个重要参数：频率精度、频率稳定度和长期稳定度。
1. 频率精度频率精度(Frequency Tolerance)即调整频差，是晶振在常温环境下(+25℃)的输出频率fx和中心标称频率f0之间的偏差。
该参数受晶片材料和环境影响较大，一般大小在几个ppb至±100ppm范围内。
常见晶振的频率精度如下：xtal晶体谐振器：50ppm热敏晶振（thermistor xtal）：±10ppmVCXO压控晶振：±20ppmTCXO温补晶振：±0.2ppm左右OCXO恒温晶振：几个ppb例如，泰晶科技的T2520热敏晶振（xtal）的25°C频率精度和-30°C ~ +85°C工作温度范围的频率稳定度均达±10ppm，这已经达到了晶振振荡器（XO）的精度，还可根据用户需求定制更高精度的产品。
图1. 晶振的频率温度特性：频率精度、稳定度及老化性能实际应用中，晶振精度有可能受电压变动有±1ppm的影响，焊接温度变化有±5ppm的影响，机械振动与冲击有±3PPM的影响，杂散电容有10~20ppm及以上的影响，工作环境温度有5~20ppm的影响。
因此，选型时需要留10ppm裕量，如需要±30ppm频率精度时，一般选择频率精度为±20PPM的晶振。
2. 频率稳定度晶振的频率稳定度(Frequency Stability)通常指的是温度稳定度，即温度频差，这是衡量晶振的输出频率在工作过程中由于温度变化而可能发生变化的短期稳定性指标。
如果频率漂移超出了应用程序的预期，定时误差可能会出现。
在所有晶振中，OCXO恒温晶振的频率稳定度最高，可达到ppb 级别（10-9），TCXO温补晶振的稳定度在1ppm以下，普通晶振的稳定度在100ppm以内。
晶振外围电路设计
晶振外围电路设计晶振是一种常见的电子元件，用于提供计算机和其他电子设备的时钟信号。
晶振外围电路设计是其中的重要环节，好的设计可以提高时钟信号的质量和稳定性。
本文将从几个方面介绍晶振外围电路设计的注意事项。
一、晶振的选择在进行晶振外围电路设计之前，需要先选择合适的晶振。
晶振的主要参数有频率、负载电容和精度。
在选择晶振时要考虑使用场景、所需精度等因素，同时也要考虑晶振的负载电容是否匹配。
一般来说，晶振的工作频率应该在正常工作频率的两倍左右，这样可以增加晶振的稳定性。
二、负载电容的选择晶振的负载电容是指晶振两端的电容，一般需要使用两个电容器分别连接到晶振的两端。
负载电容可以影响晶振的稳定性和频率精度，负载电容过大会降低晶振的频率，导致电路运行不正常，负载电容过小则会降低晶振的稳定性。
选择适当的负载电容可以使晶振的频率和稳定性达到最优状态。
三、地电位设计地电位设计也是晶振外围电路设计中的重要环节。
晶振外围电路中所有的地都应该连接到同一个地点，以确保信号的稳定性，并避免地电位干扰。
一般来说，建议将晶振的两端以及另外的一些关键信号线连接到同一个地点。
四、降噪电路设计晶振外围电路中还需要设置一些降噪电路，以消除电路中可能产生的干扰和噪音。
其中，滤波器是一种最常用的降噪电路，它可以通过使用电感电容滤波器、低通滤波器来滤除信号中的高频噪音。
五、选用合适的元器件在晶振外围电路设计中，选择合适的元器件也是至关重要的。
例如，为了保证电路的稳定性，可以选择高精度电容，这样可以避免因电容器质量问题引起的稳定性变差。
此外，应该使用高品质的电感、电阻、二极管等元器件，以确保电路的稳定性和可靠性。
综上所述，晶振外围电路设计需要结合晶振参数、负载电容、地电位设计、降噪电路、元器件选择等多个因素，仔细设计合理的电路才能有效提高时钟信号的质量和稳定性。
晶振设计指南
前言很多设计者都知道晶体振荡器都是基于皮尔斯振荡器，但不是所有人都知道具体是如何工作的，只有一部分人能掌握具体如何设计。
在实践中，对振荡器设计的关注有限，直到发现它不能正常运行（通常是在最终产品已经在生产时），这会导致项目延迟。
振荡器必须在设计阶段，即在转向制造之前，得到适当的关注，以避免产品在应用中失败的噩梦场景。
1、石英晶体的特性及模型石英晶体可以将电能转化为机械能的东西，也可以将机械能转化为电能。
这种转化主要发生在谐振频率上。
石英晶体的等效模型可以用Figure1来表示：C0并联电容：两个电极间形成的电容。
Lm 动态等效电感：代表机型振动的惯性。
Cm 动态等效电容：代表晶振的弹性。
Rm 动态等效电阻：代表电路的损耗。
晶振的阻抗表达式如下（假设Rm 可以忽略不记）：下图Figure 2说明了晶振的阻抗与频率的关系晶振设计指南其中Fs是当Z=0时的串联谐振频率，其表达式如下：Fa是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率，假如Fs为已知量，那么其表达式如下：fs和fa之间的区域（图2中的阴影区域）是并联谐振的区域。
在这一区域晶振工作在并联谐振状态，并且在此区域晶振呈电感特性，从而带来了相当于180 °的相移。
具体谐振频率FP（可理解为晶振实际工作的频率）表达式如下：根据这个方程，可以通过改变负载电容CL来调整晶体的振荡频率。
这就是为什么，在晶体规格书中，晶体制造商指出了使晶体在标称频率下振荡所需的确切CL。
下面Table2给出了一个8Mhz标称频率的等效晶体电路元件值的示例：使用前面的3个公式，可以计算出Fs和Fa：Fs=7988768HzFa=8008102Hz如果负载电容CL=10pF，则其振荡频率为：FP = 7995695Hz。
要使其达到准确的标称振荡频率8MHz，CL应该为4.02pF。
2、振荡器的原理振荡器由一个放大器和反馈网络组成，反馈网络起到频率选择的作用。
Figure 3通过一个框图来说明振荡器的基本原理。
高频高稳恒温晶体振荡器设计
高频高稳恒温晶体振荡器设计摘要：本文采用低频高稳振荡与低噪声倍频相结合的方法，并进行精密控温设计，研制了一种高频高稳恒温晶体振荡器，输出频率为100MHz，短期频率稳定度可以实现2．68E-13／s，2．54E-12／100s，老化率优于7E-11／d，谐波优于-50dBe。
经随机振动、冲击和温度冲击等环境试验考核，晶振试验前后频率变化均小于±5E-9，可以很好地满足多领域应用对高频高稳定信号源的需求，可靠性高，有利于简化系统构成，缩小设备体积。
关键词：高频；短期频率稳定度；老化率；恒温晶体振荡器恒温晶体振荡器作为系统的基准频率源，广泛应用于导航、制导和空间探测等领域中。
随着系统探测精度的不断提高，对恒温晶体振荡器的短期频率稳定度和老化率提出更高要求；而由于高速电路和系统小型化要求，对高频高稳恒温晶体振荡器产生了较大的需求。
对于输出频率达到100MHz的高频晶体振荡器，通过石英谐振器直接振荡，频率稳定度可达到2E-12／s，而要实现E-13量级则较为困难，还不能满足一些领域的应用需求。
本文采用IOMHz低频振荡并进行倍频的方式，结合精密控温设计，研制了100MHz高频高稳恒温晶体振荡器，测试结果表明，该晶振具有优异的短期频率稳定度和老化率。
2高频高稳晶体振荡器设计2．1总体技术方案理想情况下，倍频不会影响到晶体振荡器的短期频率稳定度，因此，对于追求优异短期频率稳定度的情况，高频高稳恒温晶振多采用高稳晶振结合锁相倍频，或低频振荡直接倍频的方案。
其中，采用锁相方案的晶振噪底较好。
但锁相环路较为复杂，且易受到环路器件性能的限制和其他附加噪声的影响；直接倍频方式虽然会抬高噪底，但是具有良好的近端相位噪声，且电路形式简单，适用于对秒级和百秒级短期频率稳定度要求较高的场合。
振荡电路部分采用10MHz高Q值石英谐振器形成稳定的振荡，信号经放大后，通过低噪声倍频、放大、滤波，得到纯净的100MHz高频高稳振荡信号。
晶振设计中的频率稳定性优化技术
晶振设计中的频率稳定性优化技术
晶振是现代电子产品中常见的元器件，它的性能直接影响设备的稳定性和精度。
在晶振设计中，频率稳定性是一个非常重要的指标，尤其在要求高精度的应用场景下。
频率稳定性优化技术就是为了提高晶振的频率稳定性，从而保证设备的正常工作和精确测量。
首先，要优化晶振的频率稳定性，通常需要从晶振本身的选型和参数优化入手。
选择高质量的晶振厂家和型号是非常重要的，因为不同厂家生产的晶振质量、稳定性和寿命可能会有差异。
在选择晶振时，需要考虑其工作温度范围、频率稳定度、频率漂移、振荡模式等参数，以及是否符合设备的要求。
其次，晶振设计中的频率稳定性还与其外部电路的设计有关。
例如，晶振的供
电电路、布线、接地等设计都会对频率稳定性产生影响。
为了减小外部环境对晶振频率的影响，可以采取一些措施，如增加滤波电路、优化供电线路布局、减小电磁干扰等。
另外，晶振频率稳定性的优化还需要考虑晶振的工作环境和应用场景。
例如，
在高温或低温环境下，晶振的频率稳定性可能会受到影响，因此需要选择适合工作环境的晶振型号或者采取温度补偿措施。
此外，在复杂的电磁环境中，也需要加强电磁兼容性设计，避免外部干扰对晶振频率稳定性的影响。
总的来说，晶振设计中的频率稳定性优化技术是一个综合性的工程，需要考虑
多方面因素，包括选型优化、外部电路设计、工作环境影响等。
只有综合考虑这些因素，才能确保晶振在设备中稳定可靠地工作，满足高精度的要求。
希望以上内容能对您在晶振设计中的频率稳定性优化技术有所帮助。
hd8301晶振参数
hd8301晶振参数HD8301晶振是一种高性能的振荡器，用于提供稳定的时钟信号。
它在许多电子设备中发挥着重要作用，例如计算机、通信设备和工业控制系统等。
本文将从不同角度描述HD8301晶振的特点和应用，以展示其在现代科技中的重要性。
HD8301晶振具有高精度和稳定性。
它采用先进的技术和材料，能够提供高度准确的时钟信号，确保设备的正常运行。
无论在高温、低温或者其他恶劣环境下，HD8301晶振都能保持稳定的性能，不会受外界干扰而产生误差。
这使得它在许多领域中都得到广泛应用。
HD8301晶振具有快速启动和响应的特点。
它能够迅速启动并产生稳定的时钟信号，以满足设备对时间精度和同步性的要求。
在通信设备中，HD8301晶振能够确保数据的准确传输和接收，提高通信的可靠性和效率。
在工业控制系统中，HD8301晶振能够精确控制各个环节的同步性，保证设备的正常运行。
HD8301晶振还具有低功耗和长寿命的特点。
它采用先进的节能技术，能够在提供稳定时钟信号的同时，最大限度地降低能耗。
这对于电池供电的移动设备尤为重要，可以延长电池的使用时间。
同时，HD8301晶振的设计寿命长，能够稳定运行数年甚至更久，减少设备的维修和更换成本。
HD8301晶振在现代科技中的应用非常广泛。
它可以用于计算机的主频时钟、数据传输的时钟、存储器的时钟等。
在通信设备中，HD8301晶振用于无线电频率合成、调制解调器和基站的时钟等。
在工业控制系统中，HD8301晶振用于PLC、传感器和执行器的时钟同步等。
无论是在日常生活中还是工业生产中，HD8301晶振都发挥着重要作用。
HD8301晶振是一种高性能的振荡器，具有高精度、稳定性、快速启动、低功耗和长寿命等特点。
它在计算机、通信设备和工业控制系统等领域中得到广泛应用。
通过提供稳定的时钟信号，HD8301晶振确保了设备的正常运行，提高了数据传输的可靠性和效率。
它在现代科技中的地位不可忽视，为各行各业的发展做出了重要贡献。
晶振 稳定度
晶振稳定度
晶振的稳定度是指晶体振荡器在一定的工作条件下，输出信号的频率稳定性，即它的频率变化范围。
稳定度可以通过温度稳定度和负载稳定度来衡量。
晶振的稳定度是电子产品中非常重要的性能指标之一，尤其对于需要高精度及高稳定性的应用来说。
晶振通常被用于时钟电路、计时器、通信设备等领域，因为这些领域对于频率稳定度要求较高。
为了满足对稳定度的要求，晶振的设计和制造过程需要严格控制和优化。
使用高质量的晶片材料、合适的封装技术、精准的晶片加工等都可以提高晶振的稳定度。
晶振的稳定度通常用ppm（百万分之一）来表示，ppm越小，说明晶振的稳定度越高。
一般来说，晶振的稳定度在±10 ppm左右就可以满足大多数应用的需求。
晶振的稳定度是衡量晶体振荡器性能的一个重要指标，它对于电子产品的正常运行和性能稳定性具有重要影响。
在选择和使用晶振时，需要综合考虑其温度稳定度和负载稳定度，以满足具体应用的要求。
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Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ；ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ；ＯＣＸＯ ；ａ ｇ ｉ ｎ ｇ ；ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
高稳 定 度、 低 老 化 的 恒 温 石 英 晶 体 振 荡 器 （ Ｏ Ｃ ＸＯ， 简称 晶 振 ） 频率源口 是 电子 设 备 的核 心 部 件 。随着单 片机 技术 的不 断发展 ， 目前 ， 国外许 多厂 家在 晶振 中采取 了智 能化 补 偿 技 术 ， 对 晶 振 的频 率 温 度稳 定度 、 老化 率 、 电压 允 差 、 负 载 允 差 等指 标 进
１ 理 论 分 析
１ ． １ 频 率 温 度 特 性
晶振 的频 率温度 特性 主要 由 晶体谐振 器 的频率 温度 特性决 定 。Ｓ Ｃ切 晶体 谐振 器 的拐点 位 于 ８ Ｏ ～ １ ０ ０℃ （ 与实 际 切 角 有关 ） ， 且 拐点 ± ５℃ 附近 的频 率变 化较小 ， 更 适合 于高稳 晶振 的应 用 ； 再 通过 一个 加热 控温 电路［ ３ ］ 将 晶振 内部 温度 控制 在 晶体 谐振 器 的拐 点处 ， 从 而 降低 温 度 对 晶振 输 出频 率 的 影 响 。 通过 恒 温控制 ， 晶振 的频 率 温 度稳 定 度 可 得 到极 大
＋７ Ｏ ℃ ，ａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ土 ２ ． ０Ｘ １ ０ ／ ｄ ） ）ｏ ｆ ａ １ ０ Ｍ Ｈｚ ＯＸＣ Ｏ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ ３ ６ ｍｍ Ｘ ２ ７ ｍｍ ×
超 高 稳定 度 智 能化 晶振 设 计 技 术
孙 晓 英
（ 成 都 天奥 电子 股 份 有 限 公 司 ， 四川 成 都 ６ １ １ ７ ３ １ ）
摘 要 ： 在对恒温石英晶体振荡器（ ＯＣ ＸＯ ） Ｉ 作 原 理 及 电路 进 行 分 析 的基 础 上 ， 采 用 智 能 化 补偿 （ 频 率 温 度 稳 定 度 补 偿 和老 化 补 偿 ） 技术对 Ｏ Ｃ Ｘ Ｏ 频 率 漂 移 进 行 了补 偿 ， 并 对 补偿 结 果 进 行 了实 验 测 试 。结 果 表 明 ， 智 能 化 补 偿 的设 计 方 案 可 实 现 １ ０ ＭＨｚ Ｏ Ｃ Ｘ Ｏ在小体积 （ ３ ６ ｍｉ ｎｘ ２ ７ ｍｍ ×１ ３ ａｍ） ｒ 、 宽 温 度 范 围下 超 高 稳 定 度 （ 频 率 温 度 稳 定 度＜ 士２ ． ０ ×１ ０ 。 （ 一４ Ｏ ～＋７ ０℃ ） ， 日老 化 率 ＜ 土 ２ ． ０ ｘ１ ０ ／ 天） 的 性 能 指标 要 求 。
关键词 ： 超高稳定度 ； 智能化 ； 恒 温 石 英 晶体 振 荡 器 ； 老化 ； 补 偿
中图分类号 ： Ｔ Ｎ３ ８ ４ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎｔ ＯＣＸＯ Ｗｉ ｔ ｈ Ｕｌ ｔ ｒ ａ Ｈｉ ｇ ｈ Ｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
第３ ８ 卷第６ 期
２ ０ １ ６ 年１ ２ Ｖｏ １ ． ３８ Ｎｏ ．６
Ｄｅｃ ．２ Ｏ１ ６
ＰＩ Ｅ ＺＯＥＬＥ ＣＴＲＩ ＣＳ ＆ ＡＣ ０ＵＳ Ｔ０ＯＰ ＴＩ ＣＳ
文章编号 ： １ ０ ０ ４ — ２ ４ ７ ４ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ８ ８ ５ — ０ ３
ｇ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ Ｏ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ｒ ｉ ｆ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＯＣ ＸＯ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｓ ｏ ｍｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ（ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ士２ ． ０× １ ０ 。 （ 一４ ０～
１ ３ ｍ ｍ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄｅ ｔ ｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂｙ ｕｓ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｐｒ ｏｐ ｏｓ ｅ ｄ ｉ ｎｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍ ｐｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ．
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（ Ｃｈ ｅ ｎｇ ｄ ｕ Ｓｐ ａ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｃｏ ．，Ｌｔ ｄ． ，Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ １ ７ ３ １ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＯＣ ＸＯ， ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ —