第02课：石英晶体振荡器.pdfVIP

第二章 石英晶体振荡器 晶体振荡器 上图是经过简化的电路图并表明了石英晶体振荡器的基本组成元件。石英晶体振荡器中 的放大器由至少一个驱动设备，偏压电阻并且可能包含其他用来限制带宽，阻抗匹配和增益 控制的元件组成。反馈网络由石英晶体谐振器，和其他元件比如用来协调的可变电容等组成。 晶体振荡器特点 在振荡频率上，闭合回路的相移为2nπ。 当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。满足振荡相位条件的频率噪声分量以增 大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络 的带宽决定。 幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某 一自动电平控制而被减小。 在稳定状态下，闭合回路的增益为1。 振荡与稳定度 Δϕ Δf 2nπ 如果产生相位波动 ，频率必然产生偏移 ，以维持 的相位条件。对于串 / =Δ f f / 2 −Δϕ QL QL Q 联谐振振荡器， ， 是网络中晶体的负载值 值。“相位斜 d dfϕ/ QL 率” 是与靠近串联谐振频率的 成正比的（见第三部分“等效电路”和 “频率与电抗的关系”）。 dx df / 大多数振荡器均工作在“并联谐振”上，电抗与频率斜率的关系 ，即“逆 电容”是与晶体器件的动态电容C1 成反比的。 相对于振荡回路中的相位（电抗）波动的最高频率稳定度来说，相位斜率（或电抗 QL Q 斜率）必须最大，即C1 应当最小，而 应当最大。石英晶体器件的高 值和高 的逆电容，决定振荡器元件的基本频率（或频率稳定度）。 可调性和稳定度 要使振荡器谐调在宽的频率范围内，就会降低其稳定度，因为要使振荡器按要求进行调 谐，同时也会使振荡器容易受不合要求的调谐因素影响。调谐范围越宽，就越难以保持高的 稳定度。例如，如果设计 OCXO 的短期稳定度在某一平均时间为 1×10-12，而可调性为 1 ×10-7，则晶体的负载电抗在上述平均时间必须稳定在上 1×10-5。要获得这样的稳定度使 困难的，因为影响负载电抗的因素有：寄生电容和电感、变容二极管的电容与电压特性的稳 定度，以及加在变容二极管上的电压的稳定度。此外，1×10-5 的负载电抗稳定度不仅必须 在开始条件下保持，而且在环境条件（温度、振动、辐射等）变化时，也必须保持。 同时，高稳定度 10 MHz 的恒温压控晶振的频率调整范围为 5 ×10-7，老化率为 2 × 10-8/y，而宽调谐范围的10 MHz 压控晶振的调谐范围为50 ppm，老化率为2 ppm/y 。 振荡器的缩写 经常使用的 其他 XO ………… 晶体振荡器 TCVCXO……温度补偿压控晶体振荡器 VCXO ………压控晶体振荡器 OCVCXO……恒温控制压控晶体振荡器 OCXO