石英晶体振荡器的术语讨论

频率稳定性

从标称输出频率(F偏差测量-?F公称)/F公称,包括来自以下几个因素的频率偏差:

制造工艺-初始精度和老化:初始精度是在室温(25°C)范围内,频率设置接近标称频率的范围,范围为±100ppm至±0.25ppm;老化是晶体在一定时间内的频移.下表显示了10MHz时钟,TCXO和OCXO的典型第一年老化.

时钟振荡器	TCXO	OCXO
±3 ppm	±1 ppm	±0.1 ppm（AT切割）;±0.075 ppm（SC切割）

温度-设备如何在温度范围内改变频率.在精心设计的振荡器中,频率稳定性与温度的关系主要取决于晶体的温度特性,振荡器制造商必须选择符合振荡器电路的晶体特性,以确保晶体的固有稳定性不会降低.

电源变化-随着电源电压的变化,振荡器频率会略有变化.典型的分数变化范围为±1ppb至±10ppb,电源电压变化为±10％.在具有低电源电压的TCXO中,电压灵敏度趋于最大.

负载变化-随着施加到输出端口的负载变化,振荡器频率也会略有变化.典型的分数频率变化范围为±0.1至±10ppb,正负波输出的负载变化为±10％,逻辑输出的负载变化为±1.由于在大多数应用中负载可以几乎保持恒定,因此负载灵敏度通常不显着.

工作温度范围

温度范围满足输出频率稳定性和输出信号特性规范.军用:-55°C至+125°C;工业:-40°C至+85°C;商业:0°C至+70°C.

振荡器输出

混合石英晶体振荡器的输出是高度稳定的参考信号,可以用以下参数表征:

频率-输出信号的变化速度,以赫兹(Hz)为单位.一赫兹对应于一秒内发生的波形的一个完整周期.

波形-波形是周期性的,这意味着它无限重复相同的模式.最流行的波形是方波,如下图所示:

syjtzdqsy1

逻辑-绝大多数系统都需要晶体振荡器输出,即TTL兼容,CMOS兼容,ECL兼容或某些逻辑系列组合,如TTL/HCMOS兼容.有关这些输出逻辑的详细信息,请参见下表:

TTL（晶体管 - 晶体管逻辑）

逻辑级别：1：	2.4 V MIN
2：	0.4 V MAX
占空比：	在1.4 V下测量
典型的扇出：	10载荷（门）
TTL的类型：	S，LS，FAST。如

CMOS（互补金属氧化物半导体）

逻辑级别：1：	输入电压的90％
2：	输入电压的10％
占空比：	以输入电压的50％测量
典型的扇出：	10个负载（以pF为单位，最大50 pF）
CMOS的类型：	CMOS，HCMOS和ACMOS

ECL（发射极耦合逻辑）

逻辑级别：1：	-0.9 V
2：	-1.75 V.
占空比：	以50％输出摆幅测量
典型的扇出：	50欧姆至（电源电压-2V）
ECL的类型：	10kECL，100kECL，MECL，Eclips

LVDS(低压差分信号)-这是一种新的工业技术,可在铜缆或印刷电路板走线上提供低成本,多千兆位数据传输(100Mbps及更高).LVDS技术具有许多优点,包括快速比特率,低功耗(比PECL低16倍)和良好的噪声性能.LVDS使用300mV的差分数据传输.该差分信号不受共模噪声的影响,共模噪声是系统噪声的主要来源.300mV的低电压摆幅可减少辐射和串扰问题.

扇出(负载)-IC可以驱动的逻辑芯片数量.

驱动能力-指示振荡器可以在CMOS逻辑中以pF指定的最大负载和TTL逻辑中的门数.如果该值超过振荡器的最大额定负载,则可能发生信号劣化.

启动时间-启动时间指定为振荡器达到其指定RF输出幅度所需的时间.启动时间由闭环时间常数和其电路的负载条件决定.

上升和下降时间(tr＆tf)-振荡器的上升时间定义为输出波形从低级(逻辑“0”)到高级(逻辑“1”)的转换时间.振荡器的下降时间定义为输出波形从高级(逻辑“1”)到低级(逻辑“0”)的转换时间.快速上升和下降时间要求可以引导用户使用ECL,即使对于HCMOS/TTL通常满足的频率也是如此.增加负载会增加设备的上升和下降时间.

对称性或占空比-输出波形均匀性或波形形状的度量,由逻辑“1”和逻辑“0”周期时间组成.它被定义为逻辑1电平(TH)的时间周期与一个完整周期(T)的时间周期的比率,在TTL逻辑的1.4伏特和峰值到峰值电压的50％下测量.CMOS和ECL逻辑.Sym=TH/T×100％.

三态使能-通过向振荡器施加命令输入信号,时钟振荡器的输出被关闭或禁用.激活此功能后,振荡器将呈现高阻态.

输入电流和电源电压

输入电流是振荡器在其工作状态下的电流消耗量.不同的逻辑振荡器需要不同的输入电流.电源电压是操作振荡器所需的电压.通常为5V或3.3V.

相位噪声和抖动

相位噪声是用于量化频域中的信号噪声的术语,并且这种相位噪声测量和规范对于大多数RF工程师来说是常见的.在时域中,信号纯度是根据抖动来描述的,因此测量和抖动规范对于数字信号工程师来说是常见的.相位噪声和抖动的根本原因基本相同,因此用于优化两者的设计和生产技术是相同的.

相位噪声是输出频率附近的不期望频率的一小部分,并且通常表示为以dBc/Hz为单位的SSB频谱密度.相位噪声主要取决于晶体,而构成单元的电路起着很小的作用.测量通常在1Hz带宽内.相位噪声的描述是“在xHz偏移,它是ydBc/Hz”.通过仔细的电路设计和精心处理的高Q谐振器,可以实现低水平的相位噪声.

谐波失真

由于与目标信号频率相关的不想要的谐波频谱分量引起的非线性失真.每个谐波分量是电功率与期望信号输出电功率之比,并且以dBc表示.当需要干净且失真较小的信号时,谐波失真规范在正弦输出中尤为重要.

活动Dip

活动下降是由主模式与多种干扰模式中的一种或另一种的机械耦合产生的,这些干扰模式存在但不被谐振器电极电激励.在某些温度下,干扰模式的频率与所需模式的频率一致,能量从主模式中消失,从而导致在该温度下谐振器等效电阻的增加.伴随活动倾角是F与T特性与平滑曲线的偏差,但这通常远不如电阻增加.在极端情况下,当振荡器增益不足时,电阻增加会在一定温度范围内停止振荡.另外,即使电阻增加不足以阻止振荡,

G-灵敏度

它是对加速度敏感度的度量,也称为加速度灵敏度,即通过使晶体经受恒定加速度而引起的频移.最值得注意的测试是TwoGTip-over测试.这里通过允许振荡器稳定来测量G灵敏度,并测量频率.然后将振荡器上下颠倒180º,再次测量频率.对振荡器的每个主轴重复该测试.频率差除以2,得到静态G敏感度.下表显示了典型的g灵敏度数字

商业TCXO	商业OCXO	高可靠性OCXO
5 x 10^-9/ g	3.5 x 10^-9/ g	2 x 10^-9/ g

振动灵敏度

它是振荡器对振动敏感度的量度.它可以通过两种方式查看:动态和静态.动态灵敏度是指在目标系统中为设备供电时由于振动引起的相位噪声的降级.这可以与静态G灵敏度数不同,因为振荡器可以具有内部结构共振,其将具有作为某些频率的更高灵敏度.在大多数情况下,动态灵敏度不是问题,因为典型的振荡器是机架安装的并且不会受到显着的振动水平.静态灵敏度,也称为对运输的敏感性,是一个更重要的因素,因为它发生在从制造商到客户的过境中,并且通常不在制造商的控制之内.冲击和振动可导致校准频率的变化,从而导致客户的偏移.振荡器的封装和设计有助于减少这种影响,因此在到达客户现场时该部件仍然在规格范围内.

待命功能

IC内置的功能可暂时关闭振荡器以节省功耗.