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石英晶體振蕩器的術(shù)語(yǔ)討論

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2019-01-10 10:44:37【大中小】

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石英晶體振蕩器是由石英晶體諧振器和振蕩電路組成的定時(shí)裝置,用于產(chǎn)生指定頻率的輸出波形.根據(jù)其典型應(yīng)用,它可分為四大類(lèi).沒(méi)有溫度控制或溫度補(bǔ)償.頻率 - 溫度特性取決于晶體單位.它也被稱(chēng)SPXO - 簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器或時(shí)鐘.具有溫度補(bǔ)償電路,以抑制由周?chē)鷾囟纫鸬妮敵鲱l率偏差的溫補(bǔ)晶振.通過(guò)外部控制電壓具有可調(diào)輸出頻率或調(diào)制輸出頻率的壓控晶振.通常包含一個(gè)烤箱塊,其中溫度傳感器,加熱元件,烤箱電路和絕緣功能,以保持穩(wěn)定的溫度的恒溫晶振.康比電子晶振廠(chǎng)家下面提供石英晶體振蕩器的術(shù)語(yǔ)討論

頻率穩(wěn)定性

從標(biāo)稱(chēng)輸出頻率(F偏差_測(cè)量 - °F_{公稱(chēng)})/F_{公稱(chēng)})/F公稱(chēng),包括來(lái)自以下幾個(gè)因素的頻率偏差:

制造工藝-初始精度和老化:初始精度是在室溫(25°C)范圍內(nèi),頻率設(shè)置接近標(biāo)稱(chēng)頻率的范圍,范圍為±100ppm至±0.25ppm;老化是晶振在一定時(shí)間內(nèi)的頻移.下表顯示了10MHz時(shí)鐘,TCXO和OCXO的典型第一年老化.

時(shí)鐘振蕩器	TCXO	OCXO
± 3 ppm	± 1 ppm	± 0.1 ppm（AT切割）; ± 0.075 ppm（SC切割）

溫度-設(shè)備如何在溫度范圍內(nèi)改變頻率.在精心設(shè)計(jì)的振蕩器中,頻率穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系主要取決于晶體的溫度特性,振蕩器制造商必須選擇符合振蕩器電路的晶體特性,以確保晶體的固有穩(wěn)定性不會(huì)降低.

電源變化-隨著電源電壓的變化,振蕩器頻率會(huì)略有變化.典型的分?jǐn)?shù)變化范圍為±1ppb至±10ppb,電源電壓變化為±10％.在具有低電源電壓的TCXO晶振中,電壓靈敏度趨于最大.

負(fù)載變化-隨著施加到輸出端口的負(fù)載變化,振蕩器頻率也會(huì)略有變化.典型的分?jǐn)?shù)頻率變化范圍為±0.1至±10ppb,正負(fù)波輸出的負(fù)載變化為±10％,邏輯輸出的負(fù)載變化為±1.由于在大多數(shù)應(yīng)用中負(fù)載可以幾乎保持恒定,因此負(fù)載靈敏度通常不顯著.

工作溫度范圍

溫度范圍滿(mǎn)足輸出頻率穩(wěn)定性和輸出信號(hào)特性規(guī)范.軍用:-55°C至+125°C;工業(yè):-40°C至+85°C;商業(yè):0°C至+70°C.

振蕩器輸出

混合有源晶振的輸出是高度穩(wěn)定的參考信號(hào),可以用以下參數(shù)表征:

頻率-輸出信號(hào)的變化速度,以赫茲(Hz)為單位.一赫茲對(duì)應(yīng)于一秒內(nèi)發(fā)生的波形的一個(gè)完整周期.

波形-波形是周期性的,這意味著它無(wú)限重復(fù)相同的模式.最流行的波形是方波,如下圖所示:

邏輯-絕大多數(shù)系統(tǒng)都需要普通有源晶振輸出,即TTL兼容,CMOS兼容,ECL兼容或某些邏輯系列組合,如TTL/HCMOS兼容.有關(guān)這些輸出邏輯的詳細(xì)信息,請(qǐng)參見(jiàn)下表:

TTL（晶體管 - 晶體管邏輯）

邏輯級(jí)別：1：	2.4 V MIN
2：	0.4 V MAX
占空比：	在1.4 V下測(cè)量
典型的扇出：	10載荷（門(mén)）
TTL的類(lèi)型：	S，LS，F(xiàn)AST。如

CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）

邏輯級(jí)別：1：	輸入電壓的90％
2：	輸入電壓的10％
占空比：	以輸入電壓的50％測(cè)量
典型的扇出：	10個(gè)負(fù)載（以pF為單位，最大50 pF）
CMOS的類(lèi)型：	CMOS，HCMOS和ACMOS

ECL（發(fā)射極耦合邏輯）

邏輯級(jí)別：1：	-0.9 V
2：	-1.75 V.
占空比：	以50％輸出擺幅測(cè)量
典型的扇出：	50歐姆至（電源電壓-2V）
ECL的類(lèi)型：	10kECL，100kECL，MECL，Eclips

LVDS(低壓差分信號(hào))-這是一種新的工業(yè)技術(shù),LVDS輸出晶振可在銅纜或印刷電路板走線(xiàn)上提供低成本,多千兆位數(shù)據(jù)傳輸(100Mbps及更高).LVDS技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn),包括快速比特率,低功耗(比PECL低16倍)和良好的噪聲性能.LVDS使用300mV的差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸.該差分信號(hào)不受共模噪聲的影響,共模噪聲是系統(tǒng)噪聲的主要來(lái)源.300mV的低電壓擺幅可減少輻射和串?dāng)_問(wèn)題.

扇出(負(fù)載)-IC可以驅(qū)動(dòng)的邏輯芯片數(shù)量.

驅(qū)動(dòng)能力-指示振蕩器可以在CMOS邏輯中以pF指定的最大負(fù)載和TTL邏輯中的門(mén)數(shù).如果該值超過(guò)振蕩器的最大額定負(fù)載,則可能發(fā)生信號(hào)劣化.

啟動(dòng)時(shí)間-啟動(dòng)時(shí)間指定為振蕩器達(dá)到其指定RF輸出幅度所需的時(shí)間.啟動(dòng)時(shí)間由閉環(huán)時(shí)間常數(shù)和其電路的負(fù)載條件決定.

上升和下降時(shí)間(tr＆tf)-VCXO振蕩器的上升時(shí)間定義為輸出波形從低級(jí)(邏輯“0”)到高級(jí)(邏輯“1”)的轉(zhuǎn)換時(shí)間.振蕩器的下降時(shí)間定義為輸出波形從高級(jí)(邏輯“1”)到低級(jí)(邏輯“0”)的轉(zhuǎn)換時(shí)間.快速上升和下降時(shí)間要求可以引導(dǎo)用戶(hù)使用ECL,即使對(duì)于HCMOS/TTL通常滿(mǎn)足的頻率也是如此.增加負(fù)載會(huì)增加設(shè)備的上升和下降時(shí)間.

對(duì)稱(chēng)性或占空比-輸出波形均勻性或波形形狀的度量,由邏輯“1”和邏輯“0”周期時(shí)間組成.它被定義為邏輯1電平(TH)的時(shí)間周期與一個(gè)完整周期(T)的時(shí)間周期的比率,在TTL邏輯的1.4伏特和峰值到峰值電壓的50％下測(cè)量.CMOS和ECL邏輯.Sym=TH/T×100％.

三態(tài)使能-通過(guò)向振蕩器施加命令輸入信號(hào),時(shí)鐘振蕩器的輸出被關(guān)閉或禁用.激活此功能后,振蕩器將呈現(xiàn)高阻態(tài).

輸入電流和電源電壓

輸入電流是振蕩器在其工作狀態(tài)下的電流消耗量.不同的邏輯振蕩器需要不同的輸入電流.電源電壓是操作振蕩器所需的電壓.通常為5V或3.3V.

相位噪聲和抖動(dòng)

相位噪聲是用于量化頻域中的信號(hào)噪聲的術(shù)語(yǔ),并且這種相位噪聲測(cè)量和規(guī)范對(duì)于大多數(shù)RF工程師來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的.在時(shí)域中,信號(hào)純度是根據(jù)抖動(dòng)來(lái)描述的,因此石英晶振測(cè)量和抖動(dòng)規(guī)范對(duì)于數(shù)字信號(hào)工程師來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的.相位噪聲和抖動(dòng)的根本原因基本相同,因此用于優(yōu)化兩者的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)是相同的.

相位噪聲是輸出頻率附近的不期望頻率的一小部分,并且通常表示為以dBc/Hz為單位的SSB頻譜密度.相位噪聲主要取決于晶體,而構(gòu)成單元的電路起著很小的作用.測(cè)量通常在1Hz帶寬內(nèi).相位噪聲的描述是“在xHz偏移,它是ydBc/Hz”.通過(guò)仔細(xì)的電路設(shè)計(jì)和精心處理的高Q諧振器,可以實(shí)現(xiàn)低水平的相位噪聲.

諧波失真

由于與目標(biāo)信號(hào)頻率相關(guān)的不想要的諧波頻譜分量引起的非線(xiàn)性失真.每個(gè)諧波分量是電功率與期望信號(hào)輸出電功率之比,并且以dBc表示.當(dāng)需要干凈且失真較小的信號(hào)時(shí),諧波失真規(guī)范在正弦輸出中尤為重要.

活動(dòng)Dip

活動(dòng)下降是由主模式與多種干擾模式中的一種或另一種的機(jī)械耦合產(chǎn)生的,這些干擾模式存在但不被SMD晶體電極電激勵(lì).在某些溫度下,干擾模式的頻率與所需模式的頻率一致,能量從主模式中消失,從而導(dǎo)致在該溫度下諧振器等效電阻的增加.伴隨活動(dòng)傾角是F與T特性與平滑曲線(xiàn)的偏差,但這通常遠(yuǎn)不如電阻增加.在極端情況下,當(dāng)振蕩器增益不足時(shí),電阻增加會(huì)在一定溫度范圍內(nèi)停止振蕩.另外,即使電阻增加不足以阻止振蕩,

G-靈敏度

它是對(duì)加速度敏感度的度量,也稱(chēng)為加速度靈敏度,即通過(guò)使晶體經(jīng)受恒定加速度而引起的頻移.最值得注意的測(cè)試是TwoGTip-over測(cè)試.這里通過(guò)允許振蕩器穩(wěn)定來(lái)測(cè)量G靈敏度,并測(cè)量頻率.然后將振蕩器上下顛倒180º,再次測(cè)量頻率.對(duì)振蕩器的每個(gè)主軸重復(fù)該測(cè)試.頻率差除以2,得到靜態(tài)G敏感度.下表顯示了典型的g靈敏度數(shù)字

商業(yè)TCXO	商業(yè)OCXO	高可靠性O(shè)CXO
5 x 10 ^-9 / g	3.5 x 10 ^-9 / g	2 x 10 ^-9 / g

振動(dòng)靈敏度

它是振蕩器對(duì)振動(dòng)敏感度的量度.它可以通過(guò)兩種方式查看:動(dòng)態(tài)和靜態(tài).動(dòng)態(tài)靈敏度是指在目標(biāo)系統(tǒng)中為設(shè)備供電時(shí)由于振動(dòng)引起的相位噪聲的降級(jí).這可以與靜態(tài)G靈敏度數(shù)不同,因?yàn)檎袷幤骺梢跃哂袃?nèi)部結(jié)構(gòu)共振,其將具有作為某些頻率的更高靈敏度.在大多數(shù)情況下,動(dòng)態(tài)靈敏度不是問(wèn)題,因?yàn)榈湫偷?b>石英晶體振蕩器是機(jī)架安裝的并且不會(huì)受到顯著的振動(dòng)水平.靜態(tài)靈敏度,也稱(chēng)為對(duì)運(yùn)輸?shù)拿舾行?是一個(gè)更重要的因素,因?yàn)樗l(fā)生在從制造商到客戶(hù)的過(guò)境中,并且通常不在制造商的控制之內(nèi).沖擊和振動(dòng)可導(dǎo)致校準(zhǔn)頻率的變化,從而導(dǎo)致客戶(hù)的偏移.振蕩器的封裝和設(shè)計(jì)有助于減少這種影響,因此在到達(dá)客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)該部件仍然在規(guī)格范圍內(nèi).

待命功能

IC內(nèi)置的功能可暫時(shí)關(guān)閉振蕩器以節(jié)省功耗.

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