晶体振荡电路

1、石英晶体振荡器,石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器频率范围很宽，频率稳定度在10-410-12范围内，经校准一年内可保持10-9的准确度，高质量 的石英晶体振荡器，在经常校准时，频率准确可达10-11 .高效能模拟与混合信号IC厂商Silicon Laboratories(芯科实验室有限公司)日前推出业界第一款支持输出频率可编程的振荡器(XO)和压控 振荡器(VCXO)。Si570/1系列采用公司专利的DSPLL技术和业界标准的I2C接口，通过对I2C接 口的操作，一颗器件就能产生10MHz至到1.4GHz的任何输出频率，同时将均方根抖动幅度减少到 0.3ps左右。Si570任意频率XO和Si5

2、71任意频率VCXO最适合需要弹性频率源的高效能应用， 包括下一代网络设备、无线基站，测试与测量装置、高画质电视视频基础设施和高速数据采集装置。硬件设计人员过去必须用多个固定频率XO、VCXO或压控SAW振荡器(VCSO)，才能开发出 复杂系统所需的可变频率架构，并让它们以不同频率操作。但这种方法的成本很高，需要复杂的模拟 锁相回路(PLL)设计和布局，还会延长新开发产品的上市时间。Si570/1可编程XO和VCXO的弹性振荡器能产生10MHz到到1.4GHz的任何频率，使得一颗 器件就能取代多个固定频率振荡器，不仅简化锁相回路的设计与布局，还大幅减少元器件数目、系统 成本和电路板面积。另外，

3、由于Si570/1省下多个原本可能成为故障点的固定频率振荡器，所以系统 会变得更可靠。Si570/1能通过业界标准的I2C接口设定操作频率，这使器件的编程设定和重新配置变得更简 单。Si570/1还能不限次数重新编程，让系统设计人员将同一套时钟频率架构重复用于不同的最终应 用，这能简化设计和加速上市时间。Si570/1采用业界标准和RoHS兼容的5x7毫米表面贴装封装，并支持所有常见的输出信号格 式(LVPECLLVDSCMOS和CML)。此系列包含三种不同速度等级的器件，分别是10MHz-1.4GHz、 10-810MHz和10-215MHzSi570任意频率石英振荡器还有20ppm和50p

4、pm两种不同的温度 稳定性规格可供选择，Si571任意频率压控石英振荡器则包含从12ppm到到375ppm等多种不同压 控范围(Absolute Pull Range)的器件，以便设计人员弹性选择最适合其应用的器件。Si570/1的操 作温度范围都是从-40至+85C。标称频率：振荡器输出的中心频率或频率的标称值。可选频率范围：我们所能提供的某种规格的振荡器的可实现的频率输出。频率温度稳定度：在指定温度范围内振荡器的输出频率相对于25C时测量值的最大允许频率偏 差。老化：在确定时间内输出频率的相对变化。输出：振荡器输出的波形及功率。占空比：反映输出波形的对称性，也就说，在一个周期内，高电平与低

5、电平所占比例之比。上升时间：方波从低电平转换为高电平的时间。下降时间：方波从高电平转换为低电平的时间。谐波：振荡器在相对于输出频率谐振点处的抑制。非谐波：振荡器在相对于输出频率非谐振点处的抑制。短期频率稳定度：振荡器在较短时间内输出频率的稳定性，通常为1秒。相位噪声：用于描述振荡器的短期频率波动，通常定义为载波发生某一频率偏移是在1Hz带宽 内的单边带功率密度，单位为dBc/Hz。电源电压：加在振荡器电源端（Vcc）的能够使振荡器正常工作的电压。电源电流：流过振荡器电源端（Vcc）的总电流。工作温度范围：能够保证振荡器输出频率及其它各种特性能满座指标要求的温度范围。石英晶体振荡器特点口在振荡频

6、率上，闭合回路的相移为2nT。口当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。满足振荡相位条件的频率噪声分量以增大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络的带宽决定。口幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某一自动电平控制而被减小。口在稳定状态下，闭合回路的增益为1。石英晶体振荡器简介石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外 加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。 利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC（线圈和电

7、容）谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度 高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。石英谐振器按引出电极情况来分有双电极型、三电极型和双对电极型几种。图l为双电极型石英谐振器的外形，尽管它们的体积有大有小、固有振荡频率有高有低，但在电路图中均用图1(b)符号表 示。三电极型和双对电极型石英谐振器的符号见图。2。石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件， 如彩电的色副载波振荡器、电子钟表的时基振荡器及游戏机中的时钟脉冲振荡器等，石英晶体成本较 高，故在要求不太高的电路中一般采用陶瓷谐振元件。电路特点：频率稳定度高，可达

8、10-6-10-11量级。一、石英晶体的基本特性及其等效电路-line#回卅饷t，-MJ；I压电效应石英晶体谐振器如图所示。它是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所 构成。压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。如图1(a) 所示。压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的振荡频率。图1(b)所示。mm J地）才宜史做（chb Ek Mi l Mtl - I图2石英晶体谐振器符号和等效电路符号如图2(a)所示。当晶体不振动时，可用静态电容CO来

9、等效，一般约为几个皮法到几十皮法；当 晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为10-3 10-2H；晶片的弹性可用电容C来等M 口效，一般为10-2 10-1 pF；晶片振动时的损耗用R来等效，阻值约为102欧姆。由可知，品质因数Q很大，可达104 106。加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。等效电路如图2(b)所示，它有 两个谐振频率。(1)当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为/s=21C当等效电蹈并联i甄时，并牌眺频率为.f 在由于CC0，因此fs和fp两个频率非常接近。

10、图2(c)为石英晶体谐振器的电抗-频率特性，在fs和fp之间为感性，在此区域之外为容性。、石英晶体振荡电路并联型晶体振荡电路图3(3)所示口振荡回路由&和晶体组成n其中，晶体起电感工的作用!等效电路 如图3(b)所示口即振荡颇率在晶阵谐振器的与再之间口由于回踣屯容是Gfn & 串联后与&并盹 芭与尊串联，则回路电容为建卜1) c故振荡回路的谐掘顼率为c+(0 + c;)图3井联型晶棒恨息路F 一 1由于仁则i剧序蜿率近似为可见，局频率基本上取决于晶体的固 有频率故其频率稳定度高&串联型晶体振荡电路如图4所示。晶体与电阻R串联构成正反馈电路。当振荡频率等于晶体的固有频率fs时，晶体阻抗最小，且为

11、纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为f0=fs。否则不能振荡。调节电阻R 可获得良好的正弦波输出。图4串联晶佐振荡电珞编辑图5集成运放8正弦波振荡器口相关术语解释1、频率准确度：在规定条件下，晶振输出频率相对于标称频率的允许偏离值。常用其相对值表示。2、频率稳定度：1时域表征在规定条件下，晶振内部元件由于老化而引起的输出频率随时间的漂移。通常用某一时间间隔内 的老化频差的相对值来量度（如日、月或年老化率等）。日稳定度（或称日波动）：指晶振的输出频率在24小时内的变化情况。通常用其最大变化的相对值 来表示。2频域表征单边相位噪声功率谱密度，晶振输出信号的频谱中，用偏离载频f Hz处每

12、Hz带宽内单边相位噪 声功率与信号功率之比的分贝（dB）量，可写作（f）单位为dB/Hz。频谱纯度：是量度晶振内部噪声及杂散谱的尺度。通常用单边噪声功率谱密度来表示。3、输出波形：有正弦波和方波两种。4、输出幅度：在接入额定负载的规定条件下，晶振输出的均方根值电压。5、频率温度特性：当环境温度在规定范围内按预定方式变化时，晶振的输出频率产生的相对变化特6、压控线性度：指压控晶振输出频率与压控电压曲线偏离线性的程度。应用指南根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。 安装晶振时，应根据其引脚功能标识与应用电路应连接，避免电源引线与输出引脚相接输出。

13、在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量，交流电压应无瞬变过程。测试仪 器应有足够的精度，连线合理布置，将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。1、普通晶振（PXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率 稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间 信号，是晶振中最廉价的产品。2、温补晶振（TCXO）:是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内 满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。补偿后频率稳定度在 10-710-6量级，由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等 多方面优点，