SJZ 9155.2-1987 石英晶体振荡器 第二部分 石英晶体振荡器使用指南.pdf

中华人民共和国电子工业推荐性部标准
石英晶体振荡器
SJ/Z9155.2-8
IEC679-~-2(1981)
第二部分石英晶体振荡器使用指南
Quartz crystal controfled oscillators
Part 2 Guide use to the of quartz crystal controlled oscillators
第3章石英晶体振荡器使用指南
范
晶体振荡器一般用在通信、导航及数据处理系统中提供满足使眉要求的稳定频率。根握
工作频率、环境条件及振涛器具体设计,晶体振荡器能提供的频率稳定度约在1X10~~1
×10-1的范围。晶体振荡器性能特性的规范和/或说明书仍然是制造方和使用方之同产ほ
误解和纠纷的原因之一。本指南的宗旨是:结合SJ/Z9155。1-87(IEC679-1)标准《第
部份:综合性资料、试验条件和试验方法》概述晶体振荡器的某些性能特性,同时还提示在
贔体振荡器规范中应予列入的重要参数。
本指南叙述了晶体振荡器的一般性质和能够得到的性能特性。为了叙述方便起见,把晶
体振荡器人为地划分成四大类:普通晶体振荡器(PXO),温度补偿晶体振荡器(TCXO)、
压控晶体振涛器(VCXO)和恒温晶体振荡器(OCxO)。
注:为了简洁起见,本标准其它地方要经常使用这里所注明的几种缩写符号(诸如:VCXO)。同样,也经常用“振
荡器”一词来代替“晶体振荡器”。
显然,设计在品级和组合两方面的变化几乎是无止境的,因此把某些特殊振荡器归入这
些类别可能有困稚。然而研究这些通行类別振荡器的工作原理和性能,对用不同组合的办法
评估特殊振荡器的特性是有用的。
本标准还对评估振荡器性能十分有用的频率稳定度这一范围及其测量进行了一般性的讨
论,此外还讨论了一些经常产生误解乃至错误规定的主要性能参数。
2术语和定义
本标准所用的专用术语在SJT/Z9155.1~-87(IEC679~1)标准中己给出了定义。
3晶体振器特性
概述
般,贔体振荡器可用放大器(或称増益电路)和正反馈网络所构成的电路来描述。典
中华人民共和國电子工业部1988-01-06批准
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SJ/Z9155,2-87
型的振荡器电路图如图1所示。
只要在某些频悴环路増益大于1,总环路相移为2T(8=0,1,2,…),那末该电路就
会产生自激振荡,振荡信号电平取决于电路增益特性,而振荡频率则由相位条件确定。输出
信号频谱取决于振荡电平、电路元件引入的噪声及电路带宽。对大多数应用来讲,晶体振荡
器的频谱宽度是非常窄的,只需考虑中心频率的特性。如果不考虑噪声使信号变坏的那一瞬
间,那末振荡的平均频率就始终由环路相位要求来确定。只要环路相位出现一点点扰动就要
产生频偏。通常这些扰动可以分两类,即
输出
缓种放大器
图1晶体振荡器基本电路
a)电略参数的偏离
b)晶体特性的偏离。
第一种偏离是由下列因素造成的:电容器、电感器、电阻器和晶体管的温度系数;这些
元器件的老化;这些元器件的电压特性和电流特性以及它们对机枃扰动的敏感性。不论什么
原因,电路传输相位扰动(△のk)都要引起平均振荡频率的变化:
°2
式中f为标称振荡频率
Qx为窄带晶体网络的有效Q值。
第二种偏离包括由于温度、温度梯度、激励电平、“频率老化”和机械环境(冲击、加
速度及振动)引起的晶体元件特性的改变
为了尽量減少小网络的相位敏感性,晶体振荡器设计中,一般都采用一种可实现的带宽
放大电路。另一方面,通常设计晶体反馈网络时都使它有尽可能窄的传输频带,以便使振荡频
率基本上只取决于晶体元件的特性。当有频率调整要求时,用引入一可变恵抗来改变晶体网
络的传输频率,而并不增大传揄频率的带宽,这种方法是可取的。当采用这些通行做法,振
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sJ/Z9155,2-~-87
荡器的频率稳定度就基本取决于晶体元件的特性,而晶体元件应选择下面那样的
B)高Ω值
b)在规定工作温度范围频率変化小
c)频率一激励电平系数小
d)对机械冲击、加速度和振动的敏感性低
e)老化频率漂移小。
3,2晶体振荡器类型
3,2.1普通晶体振荡器(PxO
大多数电子设备要在环境温度为0~60℃或ー40~+80℃的整个温度范围内工作。通常
决定普通晶体振荡器频窣稔定度的最重要因素就是晶体元件的频率温度特性。
对弯曲振动模式或伸缩振动式的低频晶体元件,频偏大,甚至可达士1×10~“,而厚
度切变振动模式元件(频率大约在IMHz以上),在-40~+90C温度范围频偏可在2士X
10~5左右。
姆果对频率稳定度要求较高,则必须装备温度补偿电路,或者靠控温裝置为晶体元件提
供恒温环境。
这些类型晶体振荡器的具体特性在后面的条目中研究。
晶体元件的温度性能取决于晶片尺す、振动模式、电极树料、电极厚度、装槊方法、特
别是晶片相对于晶轴的方位。图2示出了不同方位角AT切石英振子的频率温度特性〔1)。
有关晶体元件温度特性较完整的讨论请査阅文献〔2*。
P20
25
75温度(C)
图2典型的不同方位角的AT切品体的率温度特性
通常把作为时间函数的频率变化称为“老化”,这种老化主要由所使用的石英晶体决定
〔2)。10MHz基频晶体的典型老化率是1×10~/周,而泛音晶体及充分老化过的晶体,其
老化率就更小。在使用普通晶体振淸器的场合,一般说来老化是不那么重要的,因为它跟由
弥〔1〕和【2请见文献目录。
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