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電子技術(shù)|電子技術(shù)知識: 四種晶體振蕩器的工作原理介紹

電子技術(shù)

電子技術(shù)|電子技術(shù)知識: 四種晶體振蕩器的工作原理介紹

晶體振蕩器 ， 是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片） ， 石英晶體諧振器 ， 簡稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器 。 其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝 ， 也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的 。 本文介紹的晶體振蕩器有如下4種：恒溫晶體振蕩器（OCXO）、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、普通晶體振蕩器(SPXO)、壓控晶體振蕩器(VCXO) 。
(1) 恒溫晶體振蕩器(以下簡稱OCXO)
這類型晶振對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了恒溫槽技術(shù) ， 將晶體置于恒溫槽內(nèi) ， 通過設(shè)置恒溫工作點 ， 使槽體保持恒溫狀態(tài) ， 在一定范圍內(nèi)不受外界溫度影響 ， 達(dá)到穩(wěn)定輸出頻率的效果 。 這類晶振主要用于各種類型的通信設(shè)備 ， 包括交換機、SDH傳輸設(shè)備、移動通信直放機、GPS接收機、電臺、數(shù)字電視及設(shè)備等領(lǐng)域 。 根據(jù)用戶需要 ， 該類型晶振可以帶壓控引腳 。
OCXO的主要優(yōu)點是 ， 由于采用了恒溫槽技術(shù) ， 頻率溫度特性在所有類型晶振中是的 ， 由于電路設(shè)計精密 ， 其短穩(wěn)和相位噪聲都較好 。 主要缺點是功耗大、體積大 ， 需要5分鐘左右的加熱時間才能正常工作等 。 我公司生產(chǎn)的此類晶振的典型指標(biāo)如下：
(2) 溫度補償晶體振蕩器(以下簡稱TCXO)
TCXO溫補晶振是通過其附加的溫度補償電路使周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器 。 它的溫度補償?shù)脑砟鼐褪峭ㄟ^改變振蕩回路中的負(fù)載電容 ， 使其隨溫度變化來補償諧振器由于環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的頻率漂移 。
晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號 。 通常一個系統(tǒng)共用一個晶振 ， 便于各部分保持同步 。 有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振 ， 而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步 。
晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用 ， 以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率 。 如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號 ， 可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供 。
其對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了一些溫度補償手段 ， 主要原理是通過感應(yīng)環(huán)境溫度 ， 將溫度信息做適當(dāng)變換后控制晶振的輸出頻率 ， 達(dá)到穩(wěn)定輸出頻率的效果 。 傳統(tǒng)的TCXO是采用模擬器件進(jìn)行補償 ， 隨著補償技術(shù)的發(fā)展 ， 很多數(shù)字化補償大TCXO開始出現(xiàn) ， 這種數(shù)字化補償?shù)腡CXO又叫DTCXO ， 用單片機進(jìn)行補償時我們稱之為MCXO ， 由于采用了數(shù)字化技術(shù) ， 這一類型的晶振再溫度特性上達(dá)到了很高的精度 ， 并且能夠適應(yīng)更寬的工作溫度范圍 ， 主要應(yīng)用于領(lǐng)域和使用環(huán)境惡劣的場合 。 在廣大研發(fā)人員的共同努力下 ， 我公司自主開發(fā)出了高精度的MCXO ， 其設(shè)計原理和在世界范圍都是的 ， 配以高度自動化的生產(chǎn)測試系統(tǒng) ， 其月產(chǎn)可以達(dá)到5000只 ， 其設(shè)計原理如下圖 。
(3) 普通晶體振蕩器(SPXO)
這是一種簡單的晶體振蕩器 ， 通常稱為鐘振 ， 其工作原理為圖3中去除“壓控”、“溫度補償”和“AGC”部分完全是由晶體的自由振蕩完成 。 這類晶振主要應(yīng)用于穩(wěn)定度要求不高的場合 。
(4) 壓控晶體振蕩器(VCXO)
這是根據(jù)晶振是否帶壓控功能來分類 ， 帶壓控輸入引腳的一類晶振叫VCXO ， 以上三種類型的晶振都可以帶壓控端口 。

晶振的指標(biāo)
總頻差：在規(guī)定的時間內(nèi) ， 由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標(biāo)稱頻率的偏差 。
說明：總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率老化率造成的偏差、頻率電壓特性和頻率負(fù)載特性等共同造成的頻差 。 一般只在對短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心 ， 而對其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場合采用 。 例如：精密制導(dǎo)雷達(dá) 。

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