晶振基礎(chǔ)知識

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 晶振基礎(chǔ)知識（第一版）摘要：本文簡單介紹了晶體諧振器和晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)，工作原理，振蕩器電路的分類，晶體振蕩器的分類，晶振類器件的主要參數(shù)指標和石英晶體基本生產(chǎn)工藝流程。一、振蕩電路的定義，構(gòu)成和工作原理1. 振蕩器：不需外加輸入信號，便能自行產(chǎn)生輸出信號的電路，通常也被成為。2. 振蕩器構(gòu)成：諧振器（選頻或濾波）+驅(qū)動（諧振）電路構(gòu)成振蕩器電路。3. 諧振器的種類有：RC諧振器，LC并聯(lián)諧振器，陶瓷諧振器，石英（晶體）諧振器，原子諧振器，MEMS（硅）振蕩器。本文只討論石英晶體諧振器。石英諧振器的結(jié)構(gòu)石英諧振器，它由石英晶片、電極、支架和外殼等部分組成。它的性能與

2、晶片的切割方式、尺寸、電極的設(shè)置裝架形式，以及加工工藝等有關(guān)。其中，晶片的切割問題是設(shè)計時首先要考慮的關(guān)鍵問題。由于石英晶體不是在任何方向都具有單一的振動模式（即單頻性）和零溫度系數(shù)，因此只有沿某些方向切下來的晶片才能滿足設(shè)計要求。BaseMountingclipsBonding areaElectrodesQuartzblankCoverSealPinsTop view of coverMetallicelectrodesResonatorplate substrate(the “blank”)普通晶振內(nèi)部結(jié)構(gòu)石英晶體振蕩器主要由基座、晶片、IC及外圍電路、陶瓷基板（DIP OSC）、上蓋組

3、成。膠點基座晶片Bonding 線IC普通晶體振蕩器原理圖4. 振蕩電路的振蕩條件：（1）振幅平衡條件是反饋電壓幅值等于輸入電壓幅值。根據(jù)振幅平衡條件，可以確定振蕩幅度的大小并研究振幅的穩(wěn)定。（2）相位平衡條件是反饋電壓與輸入電壓同相，即正反饋。根據(jù)相位平衡條件可以確定振蕩器的工作頻率和頻率的穩(wěn)定。（3）振蕩幅度的穩(wěn)定是由器件非線性保證的，所以振蕩器是非線性電路。（4）振蕩頻率的穩(wěn)定是由相頻特性斜率為負的網(wǎng)絡(luò)來保證的。（5）振蕩器的組成必須包含有放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)，它們必須能夠完成選頻、穩(wěn)頻、穩(wěn)幅的功能。（6）利用自偏置保證振蕩器能自行起振，并使放大器由甲類工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成丙類工作狀態(tài)。5.振蕩器

4、電路分類振蕩器正弦波（諧波振蕩器）正反饋LC振蕩器單管互感耦合LC振蕩器差分對管LC振蕩器三點式振蕩器考畢茲振蕩器哈特萊振蕩器改進三點式振蕩器克拉潑振蕩器西勒振蕩器晶體振蕩器串聯(lián)型布特勒并聯(lián)型皮爾斯振蕩器密勒振蕩器RC振蕩器移相式導(dǎo)前型滯后型RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（文氏橋型）負阻式非正弦波自激振蕩器多諧振蕩器（矩形波）弛張振蕩器對稱式多諧振蕩器正反饋非對稱式多諧振蕩器正反饋環(huán)形振蕩器延遲負反饋施密特多諧振蕩器延遲負反饋石英晶體多諧振蕩器正反饋壓控振蕩器施密特觸發(fā)器型電容交叉充、放電型定時器型晶體壓控振蕩器他激振蕩器（脈沖整形）比較器門限比較器遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器反饋型振蕩器的原理框圖

5、如圖5.1所示。 由圖可見, 反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路, 放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路)作負載, 是一調(diào)諧放大器, 反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。 6. 反饋式振蕩器工作原理：6.1起振條件：振幅：A·F>1(Uf>Ui) 相位：=+=2n, 6.2平衡條件: 振幅：A·F=1(Uf=Ui), 相位：=+=2n6.3穩(wěn)定條件:幅度：      (A為平衡點)； 相位： 根據(jù)振蕩條件，振蕩器應(yīng)包括放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)不同可以有LC并聯(lián)諧振回路、RC選頻網(wǎng)

6、絡(luò)、晶體濾波器等。7. LC正弦振蕩器凡采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋式振蕩器稱為LC正弦波振蕩器。7.1單管互感耦合LC振蕩器1) 電路 2)      工作原理 3)      結(jié)論 i) 是否可能振蕩，取決于變壓器正確的同名端標向 ii) 是否能起振，取決于變壓器是否有足夠的耦合量 ，    iii) 正反饋系數(shù) 7.2差分對管互感耦合LC振蕩器 1) 電路 2)      工作原理  

7、3)      電路特點 i) LC回路與負載 R2分開，彼此隔離 ，R2不會影響LC回路Q值，  所以振幅、頻率穩(wěn)定 ii) 差分對管基極均為零電位，故輸出波形好，失真小 7.3 三點式振蕩器1、定義：用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器 LC回路有三個抽頭，分別與晶體管三個電極相連2、構(gòu)成原則:從相位平衡條件判斷下圖（a）三端式振蕩器能否振蕩的原則為：(1) X1和X2的電抗性質(zhì)相同；(2) X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反。 即 “射同余異”，對于場效應(yīng)管，為“源同余異”， 集成運放三點式與同相端相連為同性抗，不與同相端相

8、連為異性抗因此三端式振蕩器有兩種基本電路：（b）電容反饋振蕩器，也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器（c）電感反饋振蕩器，也稱哈特萊(Hartley)振蕩器。 電容反饋振蕩器與電感反饋振蕩器的比較：（a）兩種線路都簡單，容易起振。（b）電容反饋振蕩器的工作頻率可以較高。（c）電容反饋振蕩器的輸出波形比電感反饋振蕩器的輸出波形要好。（d）改變電容能夠調(diào)整振蕩器的工作頻率。對于電容三點式振蕩器：當溫度變化引起C1、C2變化時，將導(dǎo)致振蕩器頻率漂移。因此該電路頻率穩(wěn)定度會受影響。7.4 改進式三點式振蕩器（a）克拉潑振蕩電路：在電容三點式振蕩電路的電感支路上串進了一個小電容C3而構(gòu)成的，該電路稱為

9、串聯(lián)型電容三點式振蕩電路，又稱克拉潑振蕩電路。改進后，C1和C2的變化就難以影響到振蕩器的振蕩頻率。因此克拉潑振蕩器的頻率穩(wěn)定度好。（b）西勒電路：電路主要特點, 就是電感支路上串進了一個小電容C3,同時電感L并聯(lián)一可變電容C4，8. 晶體振蕩器石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)和基本工作原理（a）. 石英晶體振蕩器：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，再加上驅(qū)動電路構(gòu)成的振蕩器。（b） 國際電工委員會（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO），電壓控制式晶體振蕩器（VCXO），溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。（c） 石英晶體諧振器

10、等效電路：C0：靜態(tài)電容 C1：動態(tài)電容 L1：動態(tài)電感 R1：諧振電阻CL: 負載電容 從石英晶體諧振器的等效電路導(dǎo)出石英晶體的總電抗（忽略R1）：分子為零和分母為零時，它分別有兩個諧振頻率，即（1）當L1、C1、R1支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，它的等效阻抗最?。ǖ扔赗1）。串聯(lián)揩振頻率用fs表示，石英晶體對于串聯(lián)揩振頻率fs呈純阻性，fs(串聯(lián)諧振頻率)：由L1C1串聯(lián)諧振晶體本身的諧振頻率。（2）當頻率高于fs時L1、C1、R1支路呈感性，可與電容C0。發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)頻率用fp表示。fp(并聯(lián)諧振（負載）頻率)：在規(guī)定條件下，晶體與一個負載電容相串聯(lián)或相并聯(lián)，由L1 、C1、Co 并聯(lián)諧振

11、其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時的兩個頻率中的一個頻率。由于C0遠遠大于C1。所以：下圖為石英晶體諧振器電抗-頻率特性曲線當頻率在fs和fp之間，石英晶體呈感性;在其他頻率下，石英晶體呈容性。石英晶體諧振器就是利用fs與fp之間的等效電感與其負載電容來確定振蕩頻率的。fs與fp之間的范圍很窄，對于工作頻率為幾兆赫的石英晶體諧振器來說，它只有幾十到幾百赫。通常石英晶體所給的標稱頻率fN既不是fs也不是fp而是外接負載電容CL后校正的振蕩頻率。由于石英晶體的品質(zhì)因數(shù)Q可以如下式來計算：因此石英晶體的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可以達到105108，因而石英晶體的頻率選擇性很好，從而使石英晶體諧振器組成的振蕩器頻率穩(wěn)定

12、度十分高。根據(jù)晶體在電路中的作用,可以將晶體振蕩器歸為兩大類:并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。 8.1 串聯(lián)型晶體振蕩器：又被稱為布特勒振蕩器。是將石英晶振用于正反饋支路中，利用其串聯(lián)諧振時等效為短路元件，電路反饋作用最強，滿足振幅起振條件，使振蕩器在晶振串聯(lián)諧振頻率 f s 上起振。這種振蕩器與三點式振蕩器基本類似，只不過在正反饋支路上增加了一個晶振。   8.2 并聯(lián)型晶體振蕩器（a）皮爾斯振蕩器石英晶體等效電容三點式（考必茲）中的電感。從相位平衡條件出發(fā)來分析，這個電路的振蕩頻率必然在石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fs與并聯(lián)諧振頻率fp之間。該電路有以下特點：(1) 振蕩

13、回路與晶體管、負載之間的耦合很弱。(2) 振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定，而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。(3) 由于振蕩頻率f0一般調(diào)諧在標稱頻率fN上，位于晶振的感性區(qū)間，電抗曲線陡峭，穩(wěn)頻性能極好。(4) 由于晶振的Q值和特性阻抗r都很高，所以晶振的諧振電阻也很高，一般可達1010W以上。這樣即使外電路接入系數(shù)很小，此諧振電阻等效到晶體管輸出端的阻抗 仍很大，使晶體管的電壓增益能滿足振幅起振條件的要求。（b）密勒振蕩器石英晶體等效電感三點式（哈特萊）中的一個電感9. RC振蕩電路：RC振蕩器是利用電阻、電容網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)或反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩器?？煞譃镽C移相振蕩器、RC選

14、頻振蕩器。非正弦振蕩器以上討論的均為正弦波振蕩器,通常除了正弦輸出，還會有CMOS輸出，TTL輸出，ECL輸出的需求。這些時候通常需要振蕩器輸出是一個方波或矩形波。非正弦波（方波）輸出通?？梢苑譃閮纱箢悾鹤约ふ袷幤骱退ふ袷幤?。自激振蕩器不需要外加輸入信號，只要接通供電電源，就自動產(chǎn)生矩形脈沖信號。而他激振蕩器需要輸入其他形狀的周期信號（正弦波），通過脈沖整形電路，將其他周期性信號變換為要求的矩形脈沖信號。自激振蕩器電路：10.多諧振蕩器（矩形波）是一種矩形波產(chǎn)生電路.這種電路不需要外加觸發(fā)信號,便能連續(xù)地, 周期性地自行產(chǎn)生矩形脈沖.該脈沖是由基波和多次諧波構(gòu)成,因此稱為多諧振蕩器電路. 1

15、0.1弛張振蕩器（無選頻網(wǎng)絡(luò)）（a）對稱式多諧振蕩器(b)非對稱式多諧振蕩器(c)環(huán)形振蕩器(d)施密特多諧振蕩器10.2石英晶體多諧振蕩器電阻R1、R2的作用是保證兩個反相器在靜態(tài)時都能工作在線性放大區(qū)。對TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而對于CMOS門，則常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合電容，它們的容抗在石英晶體諧振頻率f0時可以忽略不計；石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。振蕩頻率等于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率f011 壓控振蕩器11.1 施密特觸發(fā)器型壓控振蕩器11.2 電容交叉充、放電型壓控振蕩器11.3 定時器型壓控振蕩器11.4 晶體壓控振蕩器晶體壓控振蕩器是通過調(diào)節(jié)（控

16、制腳）電壓，使振蕩器輸出頻率變化的振蕩器，主要是通過變?nèi)荻O管（Vd）的電容的變化，使晶體諧振器的振蕩頻率發(fā)生變化。 變?nèi)荻O管是一種隨電壓變化，容量有一定變化的二極管。變?nèi)荻O管有正變?nèi)荻O管（電壓變高，容量變高），和負變?nèi)荻O管（電壓變高，容量變低）。目前 HOSONIC公司DIP VCXO、SMD VCXO均為負變?nèi)荻O管。他激振蕩器電路（脈沖整形）：12. 比較器整形電路12.1 門限比較器 12.2 遲滯比較器（施密特觸發(fā)器） 13.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形電路 二. 晶體振蕩器分類：國際電工委員會（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩器（SPXO），電壓控制式晶體振蕩器（VCXO

17、），溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。普通晶體振蕩器（SPXO）可產(chǎn)生10(-5)10(-4)量級的頻率精度，標準頻率1100MHZ，頻率穩(wěn)定度是±100ppm。SPXO沒有采用任何溫度頻率補償措施，價格低廉，通常用作微處理器的時鐘器件。封裝尺寸范圍從21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。 電壓控制式晶體振蕩器（VCXO）的精度是10(-6)10(-5)量級，頻率范圍130MHz。低容差振蕩器的頻率穩(wěn)定度是±50ppm。通常用于鎖相環(huán)路。封裝尺寸14×10×3mm。 溫度補償式晶

18、體振蕩器（TCXO）采用溫度敏感器件進行溫度頻率補償，頻率精度達到10(-7)10(-6)量級，頻率范圍160MHz，頻率穩(wěn)定度為±0.1±2.5ppm，封裝尺寸如DIP14，DIP8等，通常用于手持電話、蜂窩電話、雙向無線通信設(shè)備等。 恒溫控制式晶體振蕩器（OCXO）將晶體和振蕩電路置于恒溫槽中，以消除環(huán)境溫度變化對頻率的影響。OCXO頻率精度是10(-10)至10(-8)量級，對某些特殊應(yīng)用甚至達到更高。頻率穩(wěn)定度在四種類型振蕩器中最高。VCXO原理與結(jié)構(gòu)OCXO晶振內(nèi)部結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)高穩(wěn)定度晶體振蕩器都采用了將晶體恒溫的方法。使用了精密的恒溫控制槽，將槽內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到晶體

19、諧振器的溫度頻率曲線的拐點上。這樣，能最大限度地克服溫度對晶體振蕩器頻率的影響。在所有的晶體振蕩器中，恒溫晶體振蕩器的穩(wěn)定度最好，老化率最小，被廣泛用作標準頻率源。恒溫方式既可以由單層恒溫，也可以由雙層恒溫。下圖是恒溫晶體振蕩器的基本組成方框圖。三、石英晶體諧振器主要參數(shù)指標1.標稱頻率：晶體技術(shù)條件中規(guī)定的頻率，標識在產(chǎn)品外殼上。2.調(diào)整頻差：在規(guī)定條件下，基準溫度（25±2）時工作頻率相對于標稱頻率所允許的偏差。常見的有±30PPM和±50PPM。3.溫度頻差：在規(guī)定條件下，在工作溫度范圍內(nèi)相對于基準溫度（25±2）時工作頻率的允許偏差。常見的有&#

20、177;30PPM和±50PPM。溫頻特性與石英的切割角有關(guān)。4.工作溫度范圍：晶體諧振器正常工作的溫度范圍，若無特殊要求，通常為商業(yè)級，即溫度范圍070。5.串聯(lián)諧振電阻：石英諧振器在諧振頻率時的等效電阻。6.負載電容：與晶體一起決定負載諧振頻率fL的有效外界電容，通常用CL表示。負載電容系列是：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100PF。只要可能就應(yīng)選推薦值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。7.切型/振動模式：晶體諧振器根據(jù)切角的不同，可以分為AT切、SC切、BT切等多種類 型?，F(xiàn)在獲得廣泛應(yīng)用的是AT和SC切諧振器。振動模式通常分為

21、基頻和泛音模式?；l是在振動模式最低階次的振動頻率。泛音是晶體振動的機械諧波。泛音頻率與基頻頻率之比接 近整數(shù)倍但不是整數(shù)倍，這是它與電氣諧波的主要區(qū)別。泛音振動有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。8.老化率：在規(guī)定條件下，晶體工作頻率隨時間而允許的相對變化。以年為時間單位衡量時稱為年老化率。9.激勵電平：晶體工作時所消耗功率的表征值。一般不超過1mW。激勵電平可選值有：2mW、1mW、0.5mW 、0.2mW、0.1mW、50W、20W、10W、1W、0.1W等PWR(激勵功率)：晶體工作時所消耗的有效功率。晶體的DLD特性是指在不同的激勵功率測量時，ESR或/和頻率的變化。理想晶體

22、的DLD特性應(yīng)表現(xiàn)如下：在一個最高到設(shè)計功率的很寬廣的激勵功率范圍中(幾十點激勵功率) ESR和頻率幾乎沒有變化。 異常和理想晶體的DLD特性DLD2：電阻激勵功率相關(guān)性（RRMAX RRMIN）。單位：歐姆FDLD：頻率激勵功率相關(guān)性（FLMAX FL MIN）四、石英晶體振蕩器主要參數(shù)指標1.標稱頻率（nominal frequency）：晶體振蕩器應(yīng)輸出頻率的標稱值F0。頻率測量兩種方法：方法1測量精度小于等于10-8。方法2測量精度大于10-82.工作電壓：VDD晶體振蕩器正常工作需要提供的電壓。目前大量使用的是5V和3.3V供電的晶振產(chǎn)品。3. 工作電流：IDD4. 工作溫度范圍：T

23、0能夠保證晶體振蕩器輸出頻率及其它各種特性能滿足指標要求的溫度范圍，可以分為商業(yè)級（070）、工業(yè)級（-4085）和軍品級（-55125）5. 頻率準確度：通常是指常溫（25度）下，所測晶振頻率相對標稱頻率的差值。頻差（頻率精度）是晶體在規(guī)定工作條件下的實際頻率值與標準值或基準值間頻率差的相對值。一般用ppm(10-6)表示。主要有調(diào)整頻差和溫度頻差。調(diào)整頻差（Frequency Tolerance）：在規(guī)定條件下，在基準溫度（25±2）與標稱頻率允許的偏差。一般用PPm（百萬分之）表示。溫度頻差（Temperature tolerance）：是指在整個工作溫度范圍內(nèi)頻率偏離基準溫度

24、下的頻率的最大相對值。總頻差（總頻率精度）：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稱頻率的最大頻差。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載特性等共同造成的最大頻差。6. 頻率穩(wěn)定度（Frequency Stability）：晶振由于各種因素而引起的輸出頻率隨時間的漂移，通常用其最大變化的相對值來表示。常見的有±30PPM和±50PPM。任何晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對的，程度不同而已。一個晶振的輸出頻率隨時間變化的曲線如圖3。圖中表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化、飄移和短穩(wěn)。   

25、60;     圖3 晶振輸出頻率隨時間變化的示意圖        曲線1是用0.1秒測量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的短穩(wěn)        曲線3是用100秒測量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的漂移        曲線4 是用1天一次測量的情況。表現(xiàn)了晶振的老化a. 老化    即長

26、期穩(wěn)定度，頻率的單向變化。觀察的時間為日、月、年、10年，。 b. 漂移     頻率作緩慢的來回變化，其平均頻率偏移為零。引起漂移的主要原因是溫度的變化。     各種形式的晶振的溫度穩(wěn)定度列于下表 (一般數(shù)據(jù),非特殊要求)。 形式 一般晶振 溫補晶振 數(shù)字溫補晶振 恒溫晶振 溫度范圍()-30+80-20+80-20+800+50溫度穩(wěn)定度 N×10-5n×10-6 n×10-7n×10-7 n×10-8n×10-7 n×10-10 

27、;  要求較高的時鐘，一般都采用恒溫晶振。而且對于在室內(nèi)接近恒溫的條件下工作(溫度變化約5左右)，這個指標可以適當放寬。 c. 短穩(wěn) 短期穩(wěn)定度，觀察的時間為1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。 晶振的輸出頻率受到內(nèi)部電路如晶體Q值、元器件噪音、電路穩(wěn)定性、工作狀態(tài)等因素影響而產(chǎn)生頻譜很寬的不穩(wěn)定。測量一連串的頻率值后，用阿倫方程計算。相位噪音也同樣可以反映短穩(wěn)的情況。    頻率穩(wěn)定度還包括開機特性、重現(xiàn)性、負載穩(wěn)定度、電源穩(wěn)定度。但時鐘一般都在長期連續(xù)、固定的負載、穩(wěn)壓的電源情況下工作，這些指標也可以放寬要求。 6.1頻率

28、溫度穩(wěn)定度（Frequency/temperature characteristics）：在標稱電源和負載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準溫度或帶隱含基準溫度的最大允許頻偏。 6.2頻率老化率(frequency ageing長期穩(wěn)定度long-term frequency stability)：在恒定的環(huán)境條件下測量振蕩器頻率時，振蕩器頻率和時間之間的關(guān)系。這種長期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，因此，其頻率偏移的速率叫老化率，可用規(guī)定時限后的最大變化率（如±10ppb/天，加電72小時后），或規(guī)定的時限內(nèi)最大的總頻率變化（如：±1p

29、pm/（第一年）和±5ppm/（十年）來表示。晶體老化是因為在生產(chǎn)晶體的時候存在應(yīng)力、污染物、殘留氣體、結(jié)構(gòu)工藝缺陷等問題。應(yīng)力要經(jīng)過一段時間的變化才能穩(wěn)定，一種叫“應(yīng)力補償”的晶體切割方法（SC切割法）使晶體有較好的特性。6.3日老化率（Aging/day）：振蕩器頻率一天內(nèi)頻率漂移的數(shù)量。6.4年老化率（Aging/year）：振蕩器頻率一年內(nèi)頻率漂移的數(shù)量。6.5短期穩(wěn)定度(short-term frequency stability)：振蕩器頻率在短時間內(nèi)發(fā)生的隨機波動。常用阿倫方差（Allan variance）度量，是用時域法描述振蕩器短期穩(wěn)定度的標準方法。 相位噪聲也同

30、樣可以反映短穩(wěn)的情況(要有專用儀器測量)。6.6日波動：指晶振的輸出頻率在24小時內(nèi)的變化情況。通常用其最大變化的相對值來表示。6.7開機特性：指開機后一段時間(如5分鐘)的頻率到開機后另一段時間(如1小時)的頻率的變化率。表示了晶振達到穩(wěn)定的速度。這指標對經(jīng)常開關(guān)的儀器如頻率計等很有用。 說明：在多數(shù)應(yīng)用中，晶體振蕩器是長期加電的，然而在某些應(yīng)用中晶體振蕩器需要頻繁的開機和關(guān)機，這時頻率穩(wěn)定預(yù)熱時間指標需要被考慮到（尤其是對于在苛刻環(huán)境中使用的軍用通訊電臺，當要求頻率溫度穩(wěn)定度±0.3ppm(-4585)，采用OCXO作為本振，頻率穩(wěn)定預(yù)熱時間將不少于5分鐘，而采用MCX

31、O只需要十幾秒鐘)。6.8 頻率電壓特性：在其他條件均保持不變情況下，由于電源電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化，振蕩器頻率與規(guī)定標稱電源電壓下的頻率的最大允許頻偏。（以標稱電源電壓輸出頻率為基準的頻率一電壓允許偏差不應(yīng)超過規(guī)定極限值。）6.9 頻率負載特性：在其他條件保持不變情況下，由于負載阻抗在規(guī)定范圍內(nèi)變化，振蕩器頻率與規(guī)定標稱負載阻抗下的頻率的最大允許頻偏。（以標稱負載下輸出頻率為基準的頻率一負載允差不應(yīng)超過規(guī)定極限值）6.10 相位噪聲：信號功率與噪聲功率的比率(C/N),是表征頻率顫抖的技術(shù)指標。一般來說雷達等設(shè)備會對相位噪聲有特殊要求；單邊帶中每1Hz 帶寬的功率對載波功率的相位噪聲比不應(yīng)超過

32、繪于雙對數(shù)坐標圖各規(guī)定垂直線段規(guī)定的值.相位噪聲應(yīng)該按照下圖所示進行測量：6.11 相位抖動：抖動是一個時域概念 。抖動是對信號時域變化的測量結(jié)果，它從本質(zhì)上描述了信號周期距離其理想值偏離了多少。兩種常見的抖動定義： 1. 峰峰值抖動，即正態(tài)曲線上最小測量值到最大測量值之間的差距。在大多數(shù)電路中，該值會隨測量樣本數(shù)的增多而變大，理論上可達無窮大。因此，這種測量意義不大。 2. RMS(均方根)抖動，即正態(tài)分布一階標準偏差的值。該值隨樣本數(shù)的增加變化不大，因而這種測量較有意義。但這種測量只在純高斯分布中才有效，如果分布中存在任何確定性抖動，那么利用整個抖動直方圖上的一階方差來估計抖動出現(xiàn)的可能性

33、就是錯誤的。 3. 多個隨機抖動源可以用RMS方式相加。但要得到總的抖動，需要利用峰峰值，以便將隨機抖動與確定性抖動相加。抖動的測量：1) 通過采用示波器進行時域的測量：2)通過使用BER測試設(shè)備進行數(shù)據(jù)域的測量3).使用相噪測試儀或抖動漂移測試儀進行頻域的測量。7. 波形指標：7.1對稱性（Symmetry占空比）：一個脈沖周期內(nèi)，高電平與低電平所占比例之比 稱為占空比，通常為45%55%，如下圖所示。高于規(guī)定基準電平以地為參考的時間相對該波形周期的百分數(shù)。如圖8所示。測量方法：以一個波形周期的百分數(shù)表示的占空因數(shù)應(yīng)在電壓電平以地為基準的50%（ 見圖8 ）處進行測量。除非另有規(guī)定

34、， TTL和CMOS 兼容振蕩器的占空因數(shù)測量電平應(yīng)按表8 的規(guī)定。7.2邏輯電平: 根據(jù)輸出信號電平的高低分為TTL、HCMOS、ECL等；TTL 和CMOS 兼容制振蕩器邏輯輸出電壓電平不應(yīng)超過表1 規(guī)定的極限值，對ECL 和其它邏輯種類其邏輯輸出電壓電乎不應(yīng)超過規(guī)定極限值7.3上升時間: 定義為響應(yīng)從最終輸出的0.1倍至0.9倍所需的時間，通常在10ns以內(nèi)，在兩個規(guī)定的電壓電平之間（見圖8 ），測量方波脈沖的前沿時，觀測到的邏輯“0 ”至邏輯“1 ”的轉(zhuǎn)換時間。7.4下降時間: 定義為響應(yīng)從最終輸出的0.9倍至0.1倍所需的時間，通常在10ns以內(nèi)，在兩個規(guī)定的電壓電平之間（見圖8 ）

35、，測量方波脈沖的后沿時，觀察到的邏輯“1 ”至邏輯“0 ”的轉(zhuǎn)換時間。TTL 和CMOS 兼容振蕩器上升和下降時間的測量電平應(yīng)按表7 的規(guī)定對于ECL 和其他邏輯輸出系列測量電平應(yīng)按規(guī)定8. 驅(qū)動能力：CMOS輸出提供電容值，TTL輸出提供電流值9. 負載電容（Load Capacitance）：與晶體一起決定負載諧振頻率fL的有效外界電容，通常用CL表示。10.頻率復(fù)現(xiàn)性（Retrace characteristics）：在規(guī)定試驗溫度下，以穩(wěn)定條件工作的振蕩器關(guān)機后保持在規(guī)定的試驗溫度下一段規(guī)定的時間，然后再開機，重現(xiàn)性就是振蕩器再開機后規(guī)定時刻的頻率與振蕩器關(guān)機前的即刻頻率之差。對于VC

36、XO還有以下指標：11. 壓控范圍（總頻偏或牽引度pullability）（PR）：即通過調(diào)諧控制電壓改變輸出頻率。牽引范圍為變化頻率(增大或減少)與中心頻率的比值。此比值一般用ppm表示。如±100ppm12. 壓控電壓范圍：將頻率控制電壓從基準電壓調(diào)到規(guī)定的終點電壓，控制電壓的范圍。 13. 中心頻率壓控電壓VCXO標稱頻率對應(yīng)的調(diào)諧電壓規(guī)定為VDD（電源電壓）的一半。VCXO,控制電壓為VDD/2時就產(chǎn)生中心頻率(標稱頻率)。14. 線性度：指壓控晶振輸出頻率與壓控電壓曲線偏離線性的程度。15. 輸入阻抗(>100K)五石英晶體基本生產(chǎn)工藝流程設(shè)計諧振器石英生長電清洗切割研磨倒圓X射線定向角度校準倒邊腐蝕（化學(xué)拋光）清洗掩模定向鍍接點準備封裝安裝焊接檢驗清洗最后清洗烘干鍍膜調(diào)整頻率封焊試漏老化上架點膠烤膠性能參數(shù)測量振蕩器石英的水熱生長：電清洗電清洗是一種從石英中消除某些雜質(zhì)的提純加工過程，因此能夠改善石英晶體的輻射性和蝕刻特性。它是一種在高溫下完成的電場激勵的固態(tài)擴散過程。典型電清洗過程的主要步驟是：把電極加在石英棒上，緩慢將棒加熱到500，再將電壓加在電極上，使其沿Z 方向的電場約為1kV/cm，監(jiān)測流過石英棒的電流（隨電清洗的進行，電流下降），并在電流下降到某一恒定值