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溫補晶振資料大雜燴

來源：http://m.11ed.cn 作者：jinluodz 2013年07月15
    無處不在、無所不能的電腦，已歷經了50多個春華秋實。50余年在人類的歷史長河中只是一瞬間，電腦卻徹底改變了我們的生活。電腦會有存在著好幾顆晶振，晶振又稱為石英晶體振蕩，電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。
    無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準確。有源晶振有4只引腳，是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶振外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。晶體振蕩器是一種時間/頻率器件，由晶體諧振器和振蕩電路組成。
晶體振蕩器按照其功能類型可分為四種： 
SPXO  簡單封裝晶體振蕩器
VCXO  電壓控制晶體振蕩器
TCXO  溫度控制晶體振蕩器 溫度補償晶體振蕩器
OCXO  恒溫晶體振蕩器 溫度控制晶體振蕩器
C、常規批量生產可達到的穩定度：
溫度范圍 SPXO VCXO TCXO OCXO
0 to 70℃ 10 ppm 10 ppm 0.1 ppm 0.005 ppm
-20 to 70℃ 25 pp 25 ppm 0.3 ppm 0.01 ppm
-40 to 85℃ 30 ppm 30 ppm 0.5 ppm 0.03 ppm
-40 to 85℃ 50 ppm 50 ppm 1.0 ppm N/A
 
工作溫度范圍內的穩定度要求 典型應用 振蕩器類型
±0.2ppm 電信傳輸設備的時鐘基準 OCXO
±0.2～±0.5ppm 電信傳輸設備的Stratum 3時鐘基準, ,帶模擬集成電路的 TCXO
±0.5～±1.0ppm 軍用無線電設備,E-911蜂窩電話定位器,帶模擬集成電路的 TCXO
±1.0～±2.5ppm 移動無線電設備(例如應急通信設備) TCXO
±2.5～±10ppm 移動電話 帶電熱調節的 TCXO
±10～±20ppm 傳真機 TCXO,VCXO,SPXO
> ±20ppm 計算機時鐘信號源 SPXO/XO
具體來講講溫補晶振，溫補晶振即溫度補償晶體振蕩器（TCXO），是通過附加的溫度補償電路使由周圍溫度變化產生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。
頻率準確度  在標稱電源電壓、標稱負載阻抗、基準溫度（25℃）以及其他條件保持不變，晶體振蕩器的頻率相對與其規定標稱值的最大允許偏差，即（fmax-fmin）/f0；   
溫度穩定度  其他條件保持不變，在規定溫度范圍內晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對于溫度范圍內輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即（fmax-fmin）/（fmax+fmin）；   
頻率調節范圍  通過調節晶振的某可變元件改變輸出頻率的范圍。   
調頻（壓控）特性  包括調頻頻偏、調頻靈敏度、調頻線性度。  
①調頻頻偏：壓控晶體振蕩器控制電壓由標稱的最大值變化到最小值時輸出頻率差。  
②調頻靈敏度：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調頻線性度：是一種與理想直線（最小二乘法）相比較的調制系統傳輸特性的量度。   
負載特性  其他條件保持不變，負載在規定變化范圍內晶體振蕩器輸出頻率相對于標稱負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，電源電壓在規定變化范圍內晶體振蕩器輸出頻率相對于標稱電源電壓下的輸出頻率的最大允許頻偏。   
雜波  輸出信號中與主頻無諧波（副諧波除外）關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  在規定的環境條件下，由于元件（主要是石英諧振器）老化而引起的輸出頻率隨時間的系統漂移過程。通常用某一時間間隔內的頻差來量度。對于高穩定晶振，由于輸出頻率在較長的工作時間內呈近似線性的單方向漂移，往往用老化率（單位時間內的相對頻率變化）來量度。   
日波動，指振蕩器經過規定的預熱時間后，每隔一小時測量一次，連續測量24小時，將測試數據按S=（fmax-fmin）/f0式計算，得到日波動。   
開機特性  在規定的預熱時間內，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，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。
    隨著精度、低功耗和小型化，仍然是溫補晶振的研究課題。在小型化與片式化方面，面臨不少困難，其中主要的有兩點：一是小型化會使石英晶振的頻率可變幅度變小，溫度補償更加困難；二是片式封裝后在其接作業中，由于焊接溫度遠高于溫補晶振的最大允許溫度，會使晶體振子的頻率發生變化，若不采限局部散熱降溫措施，難以將溫補晶振的頻率變化量控制在±0.5×10－6以下。但是，溫補晶振的技術水平的提高并沒進入到極限，創新的內容和潛力仍較大。
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