一文了解压控晶振参数、选型以及压控晶振输入电压和输出频率的关系

晶振应用广泛，这一定程度上介绍了了解晶振的必要性。为增进大家对晶振的认知，本文将对压控晶振予以讲解，主要内容为：压控晶振的参数、选型以及压控晶振输入电压和输出频率的关系。如果你对本文即将要讲解的内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、压控晶振输入电压和输出频率的关系

VCXO 压控振荡器的频率偏移值同加在其调谐电路上的控制电压的大小有关。VCXO 标称频率对应的调谐电压规定为 VCC(电源电压)的一半。VCC 为 5V 的 VCXO，控制电压为 2.5V 时就产生中心频率。控制电压为(0.5～4.5)V 的 VCXO，其频率变化曲线的斜率为正。也就是说，当控制电压从 2.5V 上升为 4.5V 时，振荡器的频率将增大;当控制电压从 2.5V 降为 0.5V 时，振荡器的频率将减小。振荡器的频率随控制电压变化的特性，往往用调谐灵敏度这一物理量来描述。调谐灵敏度用单位 10-6/V 表示。如果 VCXO 的牵引度为±100&TImes;10-6，控制电压范围为(0.5～4.5)V，则其调谐灵敏度等于 50&TImes;10-6/V。要求控制电压没有噪声或其它可能引起石英晶体振荡器频率和输出波形特性发生突变的瞬态过程，这一点很重要。为把噪声减至最小，经常采取的措施是在电路板上把模拟信号与数字信号分别接地。

二、压控晶振的参数及选型

1. 频率大小：频率越高一般价格越高。但频率越高，频差越大，从综合角度考虑，一般工程师会选用频率低但稳定的晶振，自己做倍频电路。总之频率的选择是根据需要选择，并不是频率越大就越好。要看具体需求。比如基站中一般用 10MHz 的恒温晶振(OCXO)，因其有很好的频率稳定性，属于高端晶振。至于范围，晶振的频率做的太高的话，就会失去意义，因为有其他更好的频率产品代替。

2. 频率稳定度：关键参数。指在规定的工作温度范围内，与标称频率允许的偏差，用 ppm(百万分之一)表示。一般来说，稳定度越高或温度范围越宽，价格越高。对于频率稳定度要求±20ppm 或以上的应用，可使用普通无补偿的晶体振荡器。对于介于±1 至±20ppm 的稳定度，应该考虑温补晶振 TCXO。对于低于±1ppm 的稳定度，应该考虑恒温晶振 OCXO。

3. 电源电压：常用的有 1.8V、2.5V、3.3V、5V 等，其中 3.3V 应用最广。

4. 输出：根据需要采用不同输出。(HCMOS，SINE，TTL，PECL，LVPECL，LVDS，HSCL，PLL 等)每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互补输出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定，根据客户需要我们可以帮助客户选型。

5. 工作温度范围：工业级标准规定的 -40～+85℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯，倘若 -20℃～+70℃已经够用，那么就不必去追求更宽的温度范围。对于某些特殊场合如航天军用等，对温度有更苛刻的要求。

6. 相位噪声和抖动：相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式，是对短期稳定度的真实度量。振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。但相对的，拥有好的相位噪声和抖动的同时振荡器的设计复杂，体积大，频率低，造价高。实际上相位噪声和抖动是短期频率稳定度的度量，所以一般越高端的晶振，即频稳越好的晶振，这些指标也相应越好。

7. 牵引范围(VCXO)：是针对 VCXO 的参数。带有压控功能的晶振为(VCXO)，即通过调节控制电压改变输出频率。牵引范围为变化频率(增大或减少)与中心频率的比值。此值一般用 ppm 表示。通常牵引范围大约为 100-200ppm，取决于 VCXO 的结构和所选择的晶体。

8. 封装：与其它电子元件相似，石英振荡器亦采用愈来愈小型的封装。通常，较小型的器件比较大型的表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。所以，小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折衷。

9. 老化率：随着时间的推移，频率值随着变化的大小，有年老化和日老化两种指标。SJK 的高精度恒温晶振(OCXO)可以达到 10-8ppm/ 年。

晶振选择的各种参数你了解吗？

贴片晶振也叫做SMD晶振也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振和有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。

无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。石英晶体振荡器和石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶振的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能，因此这是各商家竞争的一个重要参数。贴片晶振的主要参数　　

总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率和给定标称频率的最大偏差。总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。　　

频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线。曲线中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。　　

开机特性（频率稳定预热时间）：指开机后一段时间(如5 分钟)的频率到开机后另一段时间(如1 小时)的频率的变化率。表示了晶振达到稳定的速度。这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用。　　

频率老化率：在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，石英晶体振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的，因此，其频率偏移的速率叫老化率，可用规定时限后的最大变化率（如±10ppb/天，加电72 小时后），或规定的时限内最大的总频率变化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））来表示。　　

晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题。应力要经过一段时间的变化才能稳定，一种叫“应力补偿”的晶体切割方法（SC 切割法）使晶体有较好的特性。　　

短稳：短期稳定度，观察的时间为1 毫秒、10 毫秒、100 毫秒、1 秒、10 秒。晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q 值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而产生频谱很宽的不稳定。测量一连串的频率值后，用阿伦方程计算。相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有专用仪器测量)。　　

重现性：定义：晶振经长时间工作稳定后关机，停机一段时间t1(如24 小时)，开机一段时间t2(如4 小时)，测得频率f1，再停机同一段时间t1，再开机同一段时间t2，测得频率f2。重现性=(f2-f1)/f2。　　

频率压控范围：将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压，石英晶体振荡器频率的最小峰值改变量。　　

频率压控线性：和理想（直线）函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度，它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。

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