石英晶体元器件概述

石英晶体元器件概述

一、前言

石英晶体俗称水晶，成分是SiO2，是一种重要的压电材料，可用于制造压电元器件。例如：石英晶体谐振器、石英晶体滤波器、石英晶体振荡器、石英晶体传感器等。

二、石英晶体元器件的内容

三、晶振分类

根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。

1、普通晶振（PXO或SPXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能。

特点：

●频率精度（准确度）：10-5～10-4量级

●标准频率：1～100MHZ

●频率稳定度是±100ppm。

●用途：通常用作微处理器的时钟器件、本振源或中间信号。

●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），SMD 7050、5032、3225、2520。

●价格：是晶振中最廉价的产品，

2、温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。

特点：

●频率精度（准确度）：10-7～10-6量级

●频率范围：1～60MHz

●频率稳定度：±1～±2.5ppm

●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），11.4×9.6mm，SMD 7050、5032、3225、2520

●用途：通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。

●由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面

优点，因而获行了广泛应用。

3、压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合

特点：

●频率精度（准确度）：是10-6～10-5量级

●频率范围：1～30MHz

●频率稳定度：±50ppm

●用途：通常用于锁相环路

●封装尺寸：14×10×3mm或更小，SMD 7050、5032、3225、2520

4、恒温晶振（OCXO）：采用精密控温，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。将晶体和振荡电路置于恒温箱中，以消除环境温度变化对频率的影响。

特点：

●中精度产品频率稳定度为10-7～10-8

●高精度产品频率稳定度在10-9量级以上

●频率范围：1～200MHz

●主要用作频率源或标准信号

●封装尺寸：50×50，36×26mm，30×30，25×25，20×20，DIP14

四、石英晶体振荡器的发展趋势

1、小型化、薄片化和片式化：为满足移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短小的要求，石英晶体振荡器的封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变。例如TCXO这类器件的体积缩小了30～100倍。采用SMD封装的TCXO厚度不足2mm，目前2.5×2.0mm尺寸的器件已经上市。

2、高精度与高稳定度，目前无补偿式晶体振荡器总精度也能达到±25ppm，VCXO的频率稳定度在10-7℃范围内一般可达±20～100ppm，而OCXO在同一温度范围内频率稳定度一般为±0.0001～5ppm，VCXO控制在±25ppm以下。

3、低噪声，高频化，在GPS通信系统中是不允许频率颤抖的，相位噪声是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。目前OCXO主流产品的相位噪声性能有很大改善。除VCXO外，其它类型的晶体振荡器最高输出频率不超过200MHz。例如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器，其频率为650～1700 MHz，电源电压2.2～3.3V，工作电流8～10mA。

4、低功能，快速启动，低电压工作，低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势。电源电压一般为3.3V。目前许多TCXO和VCXO产品，电流损耗不超过2 mA。石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。例如日本精工生产的VG～2320SC型VCXO，在±0.1ppm规定值范围条件下，频率稳定时间小于4ms。日本东京陶瓷公司生产的SMD TCXO，在振荡启动4ms后则可达到额定值的90%。天马公司的OCXO产品，在预热5分钟后，则能达到±0.01 ppm的稳定度。

5、数字化技术应用，以往都是采取通过调整变容二极管的参数来改变晶体的振荡参数，达到高稳定频率输出，随着单片机技术的应用，实际上可以通过数字化来取代变容二极管的应用技术，从而实现高稳定频率输出。现在市面上已经出现很多数字温补晶振即DCXO，如天马电讯的DX2116等产品已成功上市，两年来批量供货500KPCS。由于采用了先进的数字化补偿技术，所生产出来的数字温补已达到中精度OCXO（俗称三级钟）的技术水平，在未来几年里，DCXO会逐步取代中级OCXO。

晶振资深高级工程师邓达贤 2009-3-28

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