石英晶体的应用

石英晶体的应用

.石英晶体元器件的分类和相关术语

石英晶体元器件一般分为三大类，即石英晶体谐振器，石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。

1．1 石英晶体谐振器

相关的术语

标称频率晶体元件规范指定的频率

串联谐振频率(Fs)等效电路中串联电路的谐振频率

并联谐振频率(Fp)等效电路中并联电路的谐振频率

负载频率(FL)晶体带负载时的频率

负载电容(CL)与谐振器联合决定工作频率的有效外界电容

静电容(C0)等效电路中与串联臂并联的电容

动电容(C1)等效电路中串联臂中的电容

动态电感(L1)等效电路中串联臂中的电感

动态电阻(R1)等效电路中串联臂中的电阻

频率精度工作频率与标称频率的偏差

等效电阻(ESR)谐振器与规定的负载电容串联的总阻抗

频率温度特性频率随温度变化的特性

室温频率偏差谐振器在室温下频率的偏差

频率/负载牵引系数(Ts)负载电容对频率影响的能力

老化率晶体频率随时间的漂移Q值晶体的品质因数

激励功率(电平)谐振器工作时消耗的功率

激励功率依赖性(DLD)谐振器在不同激励功率下参数的特性

温度频率偏差频率随温度变化与标称频率的偏差

工作温度范围谐振器规定的工作温度范围

泛音晶体的机械谐波

寄生响应晶体除主响应(主频率)外的其他频率的响应1．2 石英晶体振荡器

石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器(石英晶体振子)和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电

路形式等因素共同决定了振荡器的性能。

相关术语

标称频率晶体元件规范指定的频率

频率温度特性振荡频率随温度变化而改变的特性

长期频率稳定度振荡器长时间工作频率的稳定性

短期频率稳定度振荡器短时间工作频率的稳定性

温度频率偏差振荡频率随温度的偏差

室温频率偏差在室温时振荡频率的偏差

起振时间振荡输出达到规定值的时间

上升时间(方波输出)方波输出时波形从10%到90% 所需的时间

下降时间(方波输出)方波输出时波形从90%到10% 所需的时间

占空比（方波输出）方波输出时正脉冲宽度占周期的百分比

频率精度振荡频率相对标称频率的精确程度

消耗电流振荡器工作时消耗的电流

相位噪声信号中相位的随机变化量

最大电压（方波输出）振荡器输出电压最大值

最小电压（方波输出）振荡器输出电压最小值

基准温度初始精度振荡器在规定基准温度下的振荡频率的精度

频率—电压允差根据输入电压的最大，最小和标称值来确定

频率—负载允差根据负载的最大，最小和标称负载来确定

谐波与副谐波失真谐波和副谐波响应的程度

杂波响应规定带宽内与杂波输出有关的非谐波响应

耐过压能力振荡器经受120 ％规定电源电压的最大的过

压能力

峰-峰值( Vpp )输出电压最大与最小的差值

负性阻抗晶体串联电阻,使振荡器从振到不振时的阻值

当前石英晶体振荡器的发展，不仅表现在系列品种的增加和市场需求量的增长方面，而且体现在产品技术创新上。技术方面主要有以下几点：

a. 小型化、薄型化和片式化

为满足以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向覆塑料金属和陶瓷封装转变，近年来TCXO 器件平均缩小了30 多倍，有的近100倍。采用SMD封装的TCXO的厚度不足2mm, 5X3mm尺寸的器件已经上市。在几种主要类型的石英晶体振荡器中，TCXO 的体积缩小最明显，其次是VCXO 。石英晶体振荡器体积的进一步缩小，使得晶体振子的频率可变范围变小，并使温度补偿困难化。同时，片式封装的回流焊作业至少要在240 C下一直持续约10秒钟，如不采取局部散热措施，

很难使石英晶体振子的频率偏移量控制在±）. 5X10-6范围内，需要说明的是：此类器件远

未进入微型化的极限，体积的进一步缩小仍有一定的余量。

b. 高精度与高稳定化

移动通信技术的发展之所以能使石英晶体振荡器焕发出勃勃生机，关键在于其具有很高

的频率精度和稳定度，目前即使是无补偿式的晶体振荡器，其总精度也能达到=t25ppm。在TCXO 、VCXO 和OCXO 三种类型的器件中，OCXO 的频率稳定度最高，而VCXO 的频率稳定度则相对稍许逊色一些。

在0〜70 C范围内，VCXO的频率稳定度一般为戈0〜100ppm，而OCXO在这一温度范围内的频率稳定度一般为±）. 0001〜5ppm。VCXO主流产品的频率稳定度大多控制在

戈5ppm以下，频率调整范围可达i25〜±00ppm，老化率低于±2ppm/年。目前，OCXO产品的一般水平是：频率稳定度在±）. 001ppm （- 20〜60C）,年老化率低于也.05ppm。虽然OCXO 体积较大，但在精密频率计数器、频谱及网络分析仪、基站及导航等领域中仍被广泛应用。

c. 低噪声，高频化

在全球定位系统（GPS ）中是不允许频率颤抖的，相位噪声则是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。对OCXO器件来说，GPS系统往往要求其具有较高的抑制相位噪声的能力。这使得OCXO 主流产品的相位噪声性能有了很大改善。目前除VCXO 外，其它类型的晶体振荡器的最高输出频率一般不过200MHz。目前，提高VCXO振荡频率主要依靠石英晶体

SAW谐振器、变容二极管、串联电感器及放大器组成的压控SAW振荡器（VCSO ）来完成。在GSM和PDC 等移动电话所有的振荡器中，频率较高的是UCV4系列压控振荡器（VCO ）, 其频率荡围为650〜1700MHz，电源电压为2. 2〜3. 3V，工作电流为8〜10mA。

d. 低功耗，启动快不同类型的

石英晶体振荡器的工作电压不同，但应尽可能的采用3．3V 的电源电压。