晶体振荡器_图

发布者:admin 发布时间:2019-10-22 03:22 浏览次数:

  石英晶体谐振器和振荡器 振荡器的概念 ? 振荡器是将直流电转为交流电的一种电路或者器件,其主要分为 三种: 1.RC振荡器:由R、C串并联网络组成的选频电路。适用于低频振荡, 一般用于产生1Hz~1MHz的低频正弦波信号,振荡频率为: 2.LC振荡器:由L、C并联网络组成的选频电路,频率较高,比较稳 定,缺点频率调节不方便,一般振荡频率在1MHz以上,计算公式: 3.石英晶体振荡器:利用石英(SiO2)薄片的电气特性来产生某一 固定频率,输出频率由晶片的切割角度、形状等决定 晶体振荡器 晶体谐振器:将石英晶体按照一定方 位角切下的薄片,然后在两个对应表 面上涂敷银层引出电极,再用金属或 者玻璃外壳封装,就构成了石英晶体 振荡器,也就是crystal 晶片的切割方式不同,对晶振的性能 会产生不同的影响,常见的是AT切、 BT切和SC切 AT\BT切比较容易实现 SC切难实现,但优点比较多 瞬间热补偿 激励电平灵敏度低 稳定度高 对辐射的灵敏度低 晶体谐振器工作原理 石英晶体谐振器之所以有选频特性,是因为其具 有“压电效应”和“压电谐振”现象,即在外加 信号频率不同时,它可以呈现出不同的电抗特性, 压电效应:机械力-----电荷电场 在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产 生机械变形。反之,若在晶片的两侧施加机械压 力,则在晶片相应的方向上将产生电场 压电谐振:交变电压—频率相同的变形振动—交 变电荷—回路中形成电流 晶体谐振器 ? 由其等效电路可知:fs为L、C、R支路串联谐振频率, fp为整个电路并联的谐振频率 ? 在fs和fp范围之间,晶体呈感性,相当于一个电感元 件 ? 在fs频率点上,呈纯电阻性,相当于阻值很小的电阻, fp上呈阻性 ? 在其他频率上敬提呈容性,相当于一个电容元件 ? 在上述特性作用下,晶片此时在感性与阻性之间切 换,产生两个比较接近的谐振频率fs和fp 制作流程 右边流程图表明了制造谐振器的主 要工序。 所有的步骤都能影响谐振器稳定度, 尤其在在方框内的显示的步骤通常 与石英谐振器的长期稳定度有着重 要的影响。在理想状况下,这些最 后的工序需要在超真空的条件下完 成。 。 为了制造出低老化率,在封焊前的 超真空烘干变的非常重要。 晶体振荡器 右图为简化了的石英晶体振荡器 的基本组成元件,一般由晶体谐 振器、放大电路、反馈电路(调 谐电压)、频率输出组成 在调谐电压作用下,晶片产生压 电效应,输出至放大器,然后通 过放大器反馈给调谐电压,最终 达到一个稳定的谐振频率输出 在稳定状态下,闭合回路的增益 为1。 XO Crystal Oscillators XO晶体振荡器:没有能够降低晶体频率温度特性的器件 准确度:十几到几十个PPM 受温度影响较大 用途:一般用于计算机计时 TCXO 温度补偿晶体振荡器 ? TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator):在 这种振荡器中,来自温度传感器(热敏电阻)的输出信号被用来 产生校正电压,加在晶体网络中的变容二极管上。电抗的变化用 以补偿晶体的频率温度特性。 ? 频率稳定度:PPM级 ? 用途:在战术无线电传送中作频率控制 OCXO恒温控制晶体振荡器 ? OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)恒温控制晶体 振荡器:晶体和其他温度敏感元件均装在 稳定的恒温槽中,而恒 温槽被调整到频率随温度的变化斜率为零的温度上。OCXO能够 在晶体频率随温度变化的范围内提供1000倍以上的改善。 ? 频率准确度:10-8左右 ? 用途:导航系统时钟和频率标准,雷达 晶体振荡器的分类 ? VCXO压控晶体振荡器:会有一个电压控制管脚,通过外加电压来 微调频率, ? TCVCXO:温度补偿压控晶体振荡器 ? OCVCXO:恒温控制压控晶体振荡器 ? MCXO:微机补偿晶体振荡器 ? RbXO:铷晶体振荡器 ? 高性能原子频标 振荡器的输出 ? 输出:Sine、TTL、CMOS,ECL输出。后三种输出都可以正弦波 产生。如下图:虚线表示输入电压,实线表示输出。对于正弦波 振荡器来说, ? 正弦波振荡器没有“标准的”输入电压。 ? TTL:VCC=5V(OUT:2.4/0.5,IN:2/0.8) LVTTL VCC=3.3V LVTTL VCC=2.5V ? CMOS:90%高,10%低 VCC=5V (OUT:4.45/0.5,IN:3.5/1.5) (OUT:2.4/0.5,IN:2/0.8) (OUT:2/0.2,IN:1.7/0.7) 振荡器的常见指标 ? 准确度和稳定度 振荡器的常见指标 ? 初始准确率:指振荡器上电工作某一段短时间内的频率准确度: 一般为开机八分钟至30分钟,25度室温,需要等到晶振稳定工作 ? 老化率:振荡器在工作一段时间后由于内部结构的改变引起的频 率偏移 引起原因:不同的热膨胀系数、焊接材料在凝固、加工时尺寸的改变、由 于成型,焊接和风寒时的残余应力,电极的内应力、石英在生长中的不均 匀,杂质和其他缺陷、切割,点清晰和腐蚀引起的表面破坏的影响、电极 应力和支架为对准的弯矩,晶格内部产生局部化应力产生的破坏 根据测试时长老化率一般分日老化率、月老化了、年老化率。 短期稳定性 短期稳定性:理想的振荡器的输出电压 为正弦曲线。实际的振荡器输出电压由 于噪声的影响是偏移的正弦曲线的 影响因素: ? Johnson噪声*(热引起的电荷波动, 例如,阻抗元件中的“热电势”) ? 缺陷和量子波动引起的声子散射(与 Q相关) ? 振荡器电路(有源和无源元件)引起 的噪声 ? 温度波动—热瞬变效应 —在恒温槽 设置点上活动性下降 ? 随机振动 ? 吸附的分子数的变化 ? 连接面(石英、电极、装架、粘合剂) 应力的消除、波动 ? 原子频率标准中的散粒噪声 量度:阿伦方差(双采样方差) 短期稳定性 短稳的量度:采用双采样方差或阿仑 方差的平方根,是用时域法描述振荡 器短期稳定度的标准方法。一般用 ()yστ来表示。 相对频率y=Δf/f是在时间间隔τ内进 行测量;(Yk+1-Yk)2为对y的2次 有效测量之差, 因此,是很理想的。 表示对(Yk+1-Yk)2的无限次数 的时间平均。测量次数m(m≥100) 平均时间越长,不代表阿伦方差越好, 主要噪声是随机游动,时间越长,稳 定度会受准确度的影响 相位噪声 相位噪声:是指单位Hz的噪声密度与信 号总功率之比 在时域内其实就是指频率相位的抖动 一个纯净的正弦信号表达为: 由于噪声的存在,该信号的相位是随时 间随机变化的,因此信号表达为: 其中的υ(t)是随时间而变的相位起伏, 也就是相位噪声,但我们习惯用相对载频 1Hz带宽内的功率来表示,俗称相位噪 声,所以其单位:dBc/Hz 测量点为待测频率f。: +1Hz +10Hz +100Hz +1000Hz +10000Hz 其他特性 ? 温度特性:指在其他条件不变的情况下,温度对其频率稳定度的 影响 ? 电压特性:指在其他条件不变的情况下,电压的变化(小幅度纹 波)对其频率稳定度的影响 ? 压控电压:有些晶振会有一个VC脚位,通过外加电压调节输出频 率,一般牵引范围在PPM级别 ? 杂散:指相噪曲线上的一些毛刺,源于放大器或者混频器的噪音 原子频率标准 ? 分两种,一种被动式谐振频标 由晶振产生一个基准频率,通过倍频后激励原子能级跃迁,通过反馈 电路形成稳定频率输出 ? 一种微波激励式 铷原子频标 铷原子频率标准 原子谐振器原理图 原子谐振频率为6,834,682,608Hz。 Rb87灯发出与F=1和F=2跃迁相 一致的波长;Rb85滤光泡吸收F=2 跃迁光的多余部份。通过滤光泡的光 Rb87F=1态所吸收; 激励的原子弛豫为F=1态和F=2态, 但是F=1态被再次激励;F=2态过 密;6.8GHz使F=2反变为F=1,从 而给吸收光提供更多的原子。 微波谐振使光的吸收增强,即光电管 所检测的光变暗(1%),微波频 率被琐在光电管检测变弱的光上,因 此原子跃迁频率控制微波频率,即控 制晶体振荡器频率。 铯原子频标 铯原子基态中的超精细能级的磁场关 系(高能态为9个,低能态为7个)。 图中划出的磁场最大到H0值。 原子检测器加热后铯原子被电离,离 子被集中,电流经过放大后,反馈至 反馈网络。通过这个方法,微波频率 被锁定在最大离子电流频率上‘所以 原子跃迁频率控制微波频率,即控制 晶体振荡器频率 氢原子频标 氢原子的能级也跟磁场有关 代理产品 ? NEL旗下: ? 0835a超低相噪OCXO:SC切割、相噪低,输出10/10.23MHz ? 1205a 双频锁相OCXO:10M和100M两路分开输出,100M 兼容了10MHz优异的温度特性、老化特性和短稳 ? 1029d 超低相噪OCXO:SC切割、低相噪、输出100MHz ? OCXO 378-10:超低功耗150mW,快速预热(45s) 输出 10M或者100MHz,适用在需求低功耗、低相噪及 高稳定性的场所 Symmetricom旗下 ? ? XPRO高稳铷钟:高性能的铷原子振荡器,具有优异的老化率:5E-11/月 应用领域:是电信、测试、计量等广泛领域 X72宽温全功能铷钟:工作温度宽度-40C-+85C, 应用领域:GSM和UMTS系统 CDMA网络、中心站和网络节点的同步 ? 8200加固抗震铷钟:坚固耐用,海陆空都可一直用的抗震型铷钟 应用领域:舰船、车载、机载、弹载等军事平台、高级通讯、 导航和 定位系统 ? SA.3xm微型铷钟:最小的商用铷原子中,低功耗、体积小、高准确度,满足 电信网络到测试和测量的同步和定时应用,适合电力及通讯仪表等 应用领域:独立稳定频率源、长期保持功能适合CDMA和WiMAX和基站、 各种通讯和传输应用 Symmetricom旗下 ? SA.45s芯片级原子钟:低功耗120mW,体积小,具有120s快速 启动及1PPS锁定,具备RS-232管理控制接口 应用领域:水下传感器网络、反简易爆炸装置、干扰系统独立 传感器网络、无人驾驶飞行器、海洋物探、手持测试仪 ? 1000C超高温BVA(无电极)晶振:SC切割无电极式高性能晶体 振荡器,超低相噪-130dbc@1hz,-, 短稳2E-13(100s以内),满足军事和工业环境需求 应用领域:可用于高精度的频率计数器和综合器、GPS接收机、 微波倍频器、相位噪声校准设备、2级通信应用、雷达和战术 通信系统、安全通信系统、卫星地面终端以及航天飞行系统


上一篇:9种晶体振荡器电路汇总    下一篇:时钟晶体振荡器作用是什么 时钟晶体振荡器种类