石英晶體振蕩器是由石英晶體諧振器和振蕩電路組成的定時裝置,用于產生指定頻率的輸出波形.根據其典型應用,它可分為四大類.沒有溫度控制或溫度補償.頻率 - 溫度特性取決于晶體單位.它也被稱SPXO - 簡單封裝晶體振蕩器或時鐘.具有溫度補償電路,以抑制由周圍溫度引起的輸出頻率偏差的溫補晶振.通過外部控制電壓具有可調輸出頻率或調制輸出頻率的壓控晶振.通常包含一個烤箱塊,其中溫度傳感器,加熱元件,烤箱電路和絕緣功能,以保持穩定的溫度的恒溫晶振.康比電子晶振廠家下面提供石英晶體振蕩器的術語討論
頻率穩定性
從標稱輸出頻率(F偏差測量 - °F公稱)/F公稱)/F公稱,包括來自以下幾個因素的頻率偏差:
制造工藝-初始精度和老化:初始精度是在室溫(25°C)范圍內,頻率設置接近標稱頻率的范圍,范圍為±100ppm至±0.25ppm;老化是晶振在一定時間內的頻移.下表顯示了10MHz時鐘,TCXO和OCXO的典型第一年老化.
時鐘振蕩器
TCXO
OCXO
± 3 ppm
± 1 ppm
± 0.1 ppm（AT切割）; ± 0.075 ppm（SC切割）
溫度-設備如何在溫度范圍內改變頻率.在精心設計的振蕩器中,頻率穩定性與溫度的關系主要取決于晶體的溫度特性,振蕩器制造商必須選擇符合振蕩器電路的晶體特性,以確保晶體的固有穩定性不會降低.
電源變化-隨著電源電壓的變化,振蕩器頻率會略有變化.典型的分數變化范圍為±1ppb至±10ppb,電源電壓變化為±10％.在具有低電源電壓的TCXO晶振中,電壓靈敏度趨于最大.
負載變化-隨著施加到輸出端口的負載變化,振蕩器頻率也會略有變化.典型的分數頻率變化范圍為±0.1至±10ppb,正負波輸出的負載變化為±10％,邏輯輸出的負載變化為±1.由于在大多數應用中負載可以幾乎保持恒定,因此負載靈敏度通常不顯著.
工作溫度范圍
溫度范圍滿足輸出頻率穩定性和輸出信號特性規范.軍用:-55°C至+125°C;工業:-40°C至+85°C;商業:0°C至+70°C.
振蕩器輸出
混合有源晶振的輸出是高度穩定的參考信號,可以用以下參數表征:
頻率-輸出信號的變化速度,以赫茲(Hz)為單位.一赫茲對應于一秒內發生的波形的一個完整周期.
波形-波形是周期性的,這意味著它無限重復相同的模式.最流行的波形是方波,如下圖所示:
邏輯-絕大多數系統都需要普通有源晶振輸出,即TTL兼容,CMOS兼容,ECL兼容或某些邏輯系列組合,如TTL/HCMOS兼容.有關這些輸出邏輯的詳細信息,請參見下表:
TTL（晶體管 - 晶體管邏輯）
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邏輯級別：1： |
2.4 V MIN |
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2： |
0.4 V MAX |
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占空比： |
在1.4 V下測量 |
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典型的扇出： |
10載荷（門） |
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TTL的類型： |
S，LS，FAST。如 |
CMOS（互補金屬氧化物半導體）
| 邏輯級別：1： | 輸入電壓的90％ |
| 2： | 輸入電壓的10％ |
| 占空比： | 以輸入電壓的50％測量 |
| 典型的扇出： | 10個負載（以pF為單位，最大50 pF） |
| CMOS的類型： | CMOS，HCMOS和ACMOS |
ECL（發射極耦合邏輯）
| 邏輯級別：1： | -0.9 V |
| 2： | -1.75 V. |
| 占空比： | 以50％輸出擺幅測量 |
| 典型的扇出： | 50歐姆至（電源電壓-2V） |
| ECL的類型： | 10kECL，100kECL，MECL，Eclips |
LVDS(低壓差分信號)-這是一種新的工業技術,LVDS輸出晶振可在銅纜或印刷電路板走線上提供低成本,多千兆位數據傳輸(100Mbps及更高).LVDS技術具有許多優點,包括快速比特率,低功耗(比PECL低16倍)和良好的噪聲性能.LVDS使用300mV的差分數據傳輸.該差分信號不受共模噪聲的影響,共模噪聲是系統噪聲的主要來源.300mV的低電壓擺幅可減少輻射和串擾問題.
扇出(負載)-IC可以驅動的邏輯芯片數量.
驅動能力-指示振蕩器可以在CMOS邏輯中以pF指定的最大負載和TTL邏輯中的門數.如果該值超過振蕩器的最大額定負載,則可能發生信號劣化.
啟動時間-啟動時間指定為振蕩器達到其指定RF輸出幅度所需的時間.啟動時間由閉環時間常數和其電路的負載條件決定.
上升和下降時間(tr＆tf)-VCXO振蕩器的上升時間定義為輸出波形從低級(邏輯“0”)到高級(邏輯“1”)的轉換時間.振蕩器的下降時間定義為輸出波形從高級(邏輯“1”)到低級(邏輯“0”)的轉換時間.快速上升和下降時間要求可以引導用戶使用ECL,即使對于HCMOS/TTL通常滿足的頻率也是如此.增加負載會增加設備的上升和下降時間.
對稱性或占空比-輸出波形均勻性或波形形狀的度量,由邏輯“1”和邏輯“0”周期時間組成.它被定義為邏輯1電平(TH)的時間周期與一個完整周期(T)的時間周期的比率,在TTL邏輯的1.4伏特和峰值到峰值電壓的50％下測量.CMOS和ECL邏輯.Sym=TH/T×100％.
三態使能-通過向振蕩器施加命令輸入信號,時鐘振蕩器的輸出被關閉或禁用.激活此功能后,振蕩器將呈現高阻態.
輸入電流和電源電壓
輸入電流是振蕩器在其工作狀態下的電流消耗量.不同的邏輯振蕩器需要不同的輸入電流.電源電壓是操作振蕩器所需的電壓.通常為5V或3.3V.
相位噪聲和抖動
相位噪聲是用于量化頻域中的信號噪聲的術語,并且這種相位噪聲測量和規范對于大多數RF工程師來說是常見的.在時域中,信號純度是根據抖動來描述的,因此石英晶振測量和抖動規范對于數字信號工程師來說是常見的.相位噪聲和抖動的根本原因基本相同,因此用于優化兩者的設計和生產技術是相同的.
相位噪聲是輸出頻率附近的不期望頻率的一小部分,并且通常表示為以dBc/Hz為單位的SSB頻譜密度.相位噪聲主要取決于晶體,而構成單元的電路起著很小的作用.測量通常在1Hz帶寬內.相位噪聲的描述是“在xHz偏移,它是ydBc/Hz”.通過仔細的電路設計和精心處理的高Q諧振器,可以實現低水平的相位噪聲.
諧波失真
由于與目標信號頻率相關的不想要的諧波頻譜分量引起的非線性失真.每個諧波分量是電功率與期望信號輸出電功率之比,并且以dBc表示.當需要干凈且失真較小的信號時,諧波失真規范在正弦輸出中尤為重要.
活動Dip
活動下降是由主模式與多種干擾模式中的一種或另一種的機械耦合產生的,這些干擾模式存在但不被SMD晶體電極電激勵.在某些溫度下,干擾模式的頻率與所需模式的頻率一致,能量從主模式中消失,從而導致在該溫度下諧振器等效電阻的增加.伴隨活動傾角是F與T特性與平滑曲線的偏差,但這通常遠不如電阻增加.在極端情況下,當振蕩器增益不足時,電阻增加會在一定溫度范圍內停止振蕩.另外,即使電阻增加不足以阻止振蕩,
G-靈敏度
它是對加速度敏感度的度量,也稱為加速度靈敏度,即通過使晶體經受恒定加速度而引起的頻移.最值得注意的測試是TwoGTip-over測試.這里通過允許振蕩器穩定來測量G靈敏度,并測量頻率.然后將振蕩器上下顛倒180º,再次測量頻率.對振蕩器的每個主軸重復該測試.頻率差除以2,得到靜態G敏感度.下表顯示了典型的g靈敏度數字
商業TCXO
商業OCXO
高可靠性OCXO
5 x 10 -9 / g
3.5 x 10 -9 / g
2 x 10 -9 / g
振動靈敏度
它是振蕩器對振動敏感度的量度.它可以通過兩種方式查看:動態和靜態.動態靈敏度是指在目標系統中為設備供電時由于振動引起的相位噪聲的降級.這可以與靜態G靈敏度數不同,因為振蕩器可以具有內部結構共振,其將具有作為某些頻率的更高靈敏度.在大多數情況下,動態靈敏度不是問題,因為典型的石英晶體振蕩器是機架安裝的并且不會受到顯著的振動水平.靜態靈敏度,也稱為對運輸的敏感性,是一個更重要的因素,因為它發生在從制造商到客戶的過境中,并且通常不在制造商的控制之內.沖擊和振動可導致校準頻率的變化,從而導致客戶的偏移.振蕩器的封裝和設計有助于減少這種影響,因此在到達客戶現場時該部件仍然在規格范圍內.
待命功能
IC內置的功能可暫時關閉振蕩器以節省功耗.
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