晶振的基本原理及特性
晶振一般选用如图1a的电容三端式(考毕兹) 沟通等效振动电路;实践的晶振沟通等效电路如图1b，其间Cv是用来调理振动频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来完成，这也是压控作用的机理;把晶体的等效电路替代晶体后如图1c。其间Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。
剖析整个振动槽路可知，运用Cv来改动频率是有限的：决议振动频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。能够看出：C1越小，Co越大，Cv改变时对整个槽路电容的 作用就越小。因而能“压控”的频率规模也越小。实践上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能疏忽(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降 低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控规模越大，非线性就越凶猛;另一方面，分给振 荡的反应电压(Cbe上的电压)却越来越小，最终导致停振。
选用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小;因而频率的改变规模也就越小。
晶振的目标
总频差：在规则的时刻内，由于规则的作业和非作业参数悉数组合而引起的晶体振动器频率与给定标称频率的最大误差。
阐明：总频差包含频率温度安稳度、频率老化率形成的误差、频率电压特性和频率负载特性等一起形成的最大频差。一般只在对短期频率安稳度关怀，而对其他频率安稳度目标不严格要求的场合选用。例如：精细制导雷达。
频率安稳度：任何晶振，频率不安稳是肯定的，程度不同罢了。一个晶振的输出频率随时刻改变的曲线如图2。图中体现出频率不安稳的三种要素：老化、飘移和短稳。
图2 晶振输出频率随时刻改变的示意图
曲线1是用0.1秒丈量一次的状况，体现了晶振的短稳;曲线3是用100秒丈量一次的状况，体现了晶振的漂移;曲线4 是用1天一次丈量的状况。体现了晶振的老化。
频率温度安稳度：在标称电源和负载下，作业在规则温度规模内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大答应频偏。
ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)
ftref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|，|(fmin-fref)/fref|]
ft：频率温度安稳度(不带隐含基准温度)
ftref：频率温度安稳度(带隐含基准温度)
fmax ：规则温度规模内测得的最高频率
fmin：规则温度规模内测得的最低频率
fref：规则基准温度测得的频率
阐明：选用ftref目标的晶体振动器其出产难度要高于选用ft目标的晶体振动器,故ftref目标的晶体振动器价格较高。
开机特性(频率安稳预热时刻)：指开机后一段时刻(如5分钟)的频率到开机后另一段时刻(如1小时)的频率的改变率。表明了晶振到达安稳的速度。这目标对常常开关的仪器如频率计等很有用。
阐明：在大都运用中，晶体振动器是长时刻加电的，然而在某些运用中晶体振动器需求频频的开机和关机，这时频率安稳预热时刻目标需求被考虑到(尤其是 关于在严苛环境中运用的军用通讯电台，当要求频率温度安稳度≤±0.3ppm(-45℃～85℃)，选用OCXO作为本振，频率安稳预热时刻将不少于5分 钟，而选用MCXO只需求十几秒钟)。
频率老化率：在安稳的环境条件下丈量振动器频率时，振动器频率和时刻之间的联系。这种长时刻频率漂移是由晶体元件和振动器电路元件的缓慢改变形成 的，因而，其频率偏移的速率叫老化率，可用规则时限后的最大改变率(如±10ppb/天，加电72小时后)，或规则的时限内最大的总频率改变(如：± 1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表明。
晶体老化是由于在出产晶体的时分存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺点等问题。应力要经过一段时刻的改变才干安稳，一种叫“应力补偿”的晶体切开办法(SC切开法)使晶体有较好的特性。
污染物和残留气体的分子会沉积在晶体片上或使晶体电极氧化，振动频率越高，所用的晶体片就越薄，这种影响就越凶猛。这种影响要经过一段较长的时刻 才干逐步安稳，并且这种安稳跟着温度或作业状况的改变会有重复——使污染物在晶体外表再度会集或涣散。因而，频率低的晶振比频率高的晶振、作业时刻长的晶 振比作业时刻短的晶振、接连作业的晶振比断续作业的晶振的老化率要好。
阐明：TCXO的频率老化率为：±0.2ppm～±2ppm(第一年)和±1ppm～±5ppm(十年)(除特殊状况，TCXO很少选用每天频率 老化率的目标，由于即便在实验室的条件下，温度改变引起的频率改变也将大大超越温度补偿晶体振动器每天的频率老化，因而这个目标失去了实践的含义)。 OCXO的频率老化率为：±0.5ppb～±10ppb/天(加电72小时后)，±30ppb～±2ppm(第一年)，±0.3ppm～±3ppm(十 年)。
短稳：短期安稳度，调查的时刻为1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。
晶振的输出频率遭到内部电路的影响(晶体的Q值、元器件的噪音、电路的安稳性、作业状况等)而发生频谱很宽的不安稳。丈量一连串的频率值后，用阿伦方程核算。相位噪音也相同能够反映短稳的状况(要有专用仪器丈量)。
重现性：界说：晶振经长时刻作业安稳后关机，停机一段时刻t1(如24小时)，开机一段时刻t2(如4小时)，测得频率f1，再停机同一段时刻t1，再开机同一段时刻t2，测得频率f2。重现性=(f2-f1)/f2。
频率压控规模：将频率操控电压从基准电压调到规则的结尾电压，晶体振动器频率的最小峰值改动量。
阐明：基准电压为+2.5V，规则结尾电压为+0.5V和+4.5V，压控晶体振动器在+0.5V频率操控电压时频率改动量为-2ppm，在+ 4.5V频率操控电压时频率改动量为+2.1ppm，则VCXO电压操控频率压控规模表明为：≥±2ppm(2.5V±2V)，斜率为正，线性为+ 2.4%。
压控频率响应规模：当调制频率改变时，峰值频偏与调制频率之间的联系。一般用规则的调制频率比规则的调制基准频率低若干dB表明。
阐明：VCXO频率压控规模频率响应为0～10kHz。
频率压控线性：与抱负(直线)函数比较的输出频率-输入操控电压传输特性的一种测量，它以百分数表明整个规模频偏的可容许非线性度。
阐明：典型的VCXO频率压控线性为：≤±10%，≤±20%。简略的VCXO频率压控线性核算办法为(当频率压控极性为正极性时)：
频率压控线性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%
fmax：VCXO在最大压控电压时的输出频率
fmin：VCXO在最小压控电压时的输出频率
f0：压控中心电压频率
单边带相位噪声￡(f)：违背载波f处，一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。
输出波形：从大类来说，输出波形能够分为方波和正弦波两类。
方波首要用于数字通讯体系时钟上，对方波首要有输出电平、占空比、上升/下降时刻、驱动才能等几个目标要求。
跟着科学技能的迅猛发展，通讯、雷达和高速数传等相似体系中，需求高质量的信号源作为日趋杂乱的基带信息的载波。由于一个带有寄生调幅及调相的载 波信号(不洁净的信号)被载有信息的基带信号调制后，这些抱负状况下不该存在的频谱成份(载波中的寄生调制)会导致所传输的信号质量及数传误码率显着变 坏。所以作为所传输信号的载体，载波信号的洁净程度(频谱纯度)对通讯质量有着直接的影响。关于正弦波，一般需求供给例如谐波、噪声和输出功率等目标。
晶振的分类
依据晶振的功用和完成技能的不同，能够将晶振分为以下四类：
1) 恒温晶体振动器(以下简称OCXO)
这类型晶振对温度安稳性的解决方案选用了恒温槽技能，将晶体置于恒温槽内，经过设置恒温作业点，使槽体坚持恒温状况，在必定规模内不受外界温度影 响，到达安稳输出频率的作用。这类晶振首要用于各种类型的通讯设备，包含交换机、SDH传输设备、移动通讯直放机、GPS接收机、电台、数字电视及军工设 备等范畴。依据用户需求，该类型晶振能够带压控引脚。OCXO的作业原理如下图3所示：
图3恒温晶体振动器原理框图
