工作原理
石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類(lèi)振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。
石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱(chēng)為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。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。
若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān) 。
主要參數(shù)
| 參數(shù) | 基本描述 |
|---|---|
| 頻率準(zhǔn)確度 | 在標(biāo)稱(chēng)電源電壓、標(biāo)稱(chēng)負(fù)載阻抗、基準(zhǔn)溫度（25℃）以及其他條件保持不變，晶體振蕩器的頻率相對(duì)與其規(guī)定標(biāo)稱(chēng)值的最大允許偏差，即（fmax-fmin）/f0； |
| 溫度穩(wěn)定度 | 其他條件保持不變，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對(duì)于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即（fmax-fmin）/（fmax+fmin）； |
| 頻率調(diào)節(jié)范圍 | 通過(guò)調(diào)節(jié)晶振的某可變?cè)淖冚敵鲱l率的范圍。 |
| 調(diào)頻（壓控）特性 | 包括調(diào)頻頻偏、調(diào)頻靈敏度、調(diào)頻線性度。 ①調(diào)頻頻偏：壓控晶體振蕩器控制電壓由標(biāo)稱(chēng)的最大值變化到最小值時(shí)輸出頻率差。 ②調(diào)頻靈敏度：壓控晶體振蕩器變化單位外加控制電壓所引起的輸出頻率的變化量。 ③調(diào)頻線性度：是一種與理想直線（最小二乘法）相比較的調(diào)制系統(tǒng)傳輸特性的量度。 |
| 負(fù)載特性 | 其他條件保持不變，負(fù)載在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)負(fù)載下的輸出頻率的最大允許頻偏。 |
| 電壓特性 | 其他條件保持不變，電源電壓在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)電源電壓下的輸出頻率的最大允許頻偏。 |
| 雜波 | 輸出信號(hào)中與主頻無(wú)諧波（副諧波除外）關(guān)系的離散頻譜分量與主頻的功率比，用dBc表示。 |
| 諧波 | 諧波分量功率Pi與載波功率P0之比，用dBc表示。 |
| 頻率老化 | 在規(guī)定的環(huán)境條件下，由于元件（主要是石英諧振器）老化而引起的輸出頻率隨時(shí)間的系統(tǒng)漂移過(guò)程。通常用某一時(shí)間間隔內(nèi)的頻差來(lái)量度。對(duì)于高穩(wěn)定晶振，由于輸出頻率在較長(zhǎng)的工作時(shí)間內(nèi)呈近似線性的單方向漂移，往往用老化率（單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)頻率變化）來(lái)量度。 |
| 日波動(dòng) | 指振蕩器經(jīng)過(guò)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后，每隔一小時(shí)測(cè)量一次，連續(xù)測(cè)量24小時(shí)，將測(cè)試數(shù)據(jù)按S=（fmax-fmin）/f0式計(jì)算，得到日波動(dòng)。 |
| 開(kāi)機(jī)特性 | 在規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間內(nèi)，振蕩器頻率值的最大變化，用V=（fmax-fmin）/f0表示。 |
| 相位噪聲 | 短期穩(wěn)定度的頻域量度。用單邊帶噪聲與載波噪聲之比£（f）表示，£（f）與噪聲起伏的頻譜密度Sφ（f）和頻率起伏的頻譜密度Sy（f）直接相關(guān)，由下式表示： f2S（f）=f02Sy（f）=2f2£（f） f—傅立葉頻率或偏離載波頻率；f0—載波頻率。 |
應(yīng)用
晶振在應(yīng)用具體起到的作用，微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類(lèi)：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；RC（電阻、電容）振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡(jiǎn)單的分立RC振蕩器�；诰д衽c陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱(chēng)輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認(rèn)真對(duì)待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。
1通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產(chǎn)生振蕩頻率
晶體振蕩頻率，也是工程師在電路設(shè)計(jì)和元件選購(gòu)時(shí)首要關(guān)注的參數(shù)。晶振常用標(biāo)稱(chēng)頻率在1～200MHz之間，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的輸出頻率也常用PLL（鎖相環(huán)）將低頻進(jìn)行倍頻至1GHz以上。我們稱(chēng)之為標(biāo)稱(chēng)頻率。
2時(shí)鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，廣泛用于數(shù)字電路中
晶振作為數(shù)字電路中的心臟，晶振在智能產(chǎn)品中是如何發(fā)揮作用的呢？以智能家居如空調(diào)、窗簾、安防、監(jiān)控等產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，都需要無(wú)線傳輸模塊，它們通過(guò)藍(lán)牙、WIFI或ZIGBEE等協(xié)議，將模塊從一端發(fā)到另一端，或直接通過(guò)手機(jī)控制，而晶振就是無(wú)線模塊里的核心元件，影響著整系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以選擇好系統(tǒng)使用的晶振，決定了數(shù)字電路的成敗。
3微處理器用石英晶體諧振器
為改善石英晶體振蕩器的頻率特性，減小溫度影響，通過(guò)對(duì)石英晶體振蕩器的頻率一溫度特性的研究，提出了以微處理器(STC89C52 RC)為核心的基于AT切晶體諧振器的溫度補(bǔ)償技術(shù)，并介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償原理及硬件電路，給出了補(bǔ)償結(jié)果。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
選型
晶體振蕩器被廣泛應(yīng)用到軍、民用通信電臺(tái)，微波通信設(shè)備，程控電話交換機(jī)，無(wú)線電綜合測(cè)試儀，BP機(jī)、移動(dòng)電話發(fā)射臺(tái)，高檔頻率計(jì)數(shù)器、GPS、衛(wèi)星通信、遙控移動(dòng)設(shè)備等。它有多種封裝，特點(diǎn)是電氣性能規(guī)范多種多樣。
它有好幾種不同的類(lèi)型：電壓控制晶體振蕩器（VCXO）、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）、恒溫晶體振蕩器（OCXO），以及數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器（MCXO或DTCXO），每種類(lèi)型都有自己的獨(dú)特性能。如果需要使設(shè)備即開(kāi)即用，您就必須選用VCXO或溫補(bǔ)晶振，如果要求穩(wěn)定度在0.5ppm以上，則需選擇數(shù)字溫補(bǔ)晶振（MCXO）。模擬溫補(bǔ)晶振適用于穩(wěn)定度要求在5ppm～0.5ppm之間的需求。VCXO只適合于穩(wěn)定度要求在5ppm以下的產(chǎn)品。在不需要即開(kāi)即用的環(huán)境下，如果需要信號(hào)穩(wěn)定度超過(guò)0.1ppm的，可選用OCXO。
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