石英晶体振荡器不同功能和实现的技术
2023/7/12 15:39:01 点击：
石英晶体振荡器，一种用于稳定频率和选择频率的电子元件。制造晶振的晶体材料，可以是天然的石英材料，也可以人造石英。目前，以人造晶体居多。晶振的作用是利用具有的压电效应来做数字电路的频率基准。石英谐振器产生的频率虽然相对稳定，但是受环境温度影响，也就是说具有温度敏感性。
简单来说，晶体振荡器利用石英晶体的压电作用和谐振特性，通过一个反馈回路产生稳定的电磁振荡。晶体振荡器由一个晶体片、放大器和反馈电路组成。当电压施加在石英晶体上时，晶体片会因为压电效应而产生机械振荡。这种振荡会在晶体片中形成电场，产生反向电荷。这些反向电荷会反过来影响晶体片的振荡，形成一个封闭的振荡回路。反馈电路中的电容会助于调节振荡频率和补偿晶体片的容量变化。通过调整放大器的增益，可以在晶体片中产生一个恒定的振荡。放大器的输出信号经过调整后，可以作为精确的时钟信号或参考信号。
不同类型的晶振在功能上和实现技术有所不同：
2.温度补偿晶体振荡器TCXO。
为了解决温度稳定性的问题，采用一些温度补偿手段。主要工作原理是通过温度敏感元件感应环境温度，将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率，达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿，随着补偿技术的发展，很多数字化补偿TCXO开始出现，这种数字化补偿的TCXO又叫DTCXO，用单片机进行补偿时为MCXO。由于采用了数字化技术，这一类型的晶振再温度特性上可以达到很高的精度，并且能够适应更宽的工作温度范围。
3.恒温晶体振荡器OCXO
对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态，在一定范围内不受外界温度影响，达到稳定输出频率的效果。OCXO的主要优点是，由于采用了恒温槽技术，频率温度特性在所有类型晶振中是最好的，由于电路设计精密，其短稳和相位噪声都较好。主要缺点是功耗大、体积大，需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。
4.压控晶体振荡器VCXO
晶振是带有压控功能，带压控输入引脚的一类晶振。以上三种类型的晶振都可以带压控端口。
晶体振荡器具有如下特点：
(1)频率稳定性高：由于石英晶体的稳定性，晶体振荡器能够产生一个非常稳定的频率信号，通常频率稳定度可以达到0.0001%。
(2)频率精度高：晶体振荡器能够在非常紧凑的范围内产生特定的频率，由于频率稳定性好，所以频率精度也很高。
(3)容易集成：晶体振荡器非常小巧，可以轻松地集成到集成电路中。
(4)长寿命：由于晶体振荡器没有活动部件，结构简单、工作可靠，即使长时间使用也不容易损坏。
(5)多用途：晶体振荡器在通讯设备、计算机、电子仪器以及其他电子设备中得到广泛应用，可以作为时钟信号、频率标准以及其他应用。
在应用方面，晶体振荡器广泛应用于电子系统、通信系统、计算机系统等各个领域。例如，在电子系统中，晶体振荡器用于提供基准时钟信号，用于驱动其他电路;在通信系统中，晶体振荡器用于提供基准时钟信号，用于调制和解调信号;在计算机系统中，晶体振荡器用于提供时钟信号，用于驱动硬盘读写头。
简单来说，晶体振荡器利用石英晶体的压电作用和谐振特性，通过一个反馈回路产生稳定的电磁振荡。晶体振荡器由一个晶体片、放大器和反馈电路组成。当电压施加在石英晶体上时，晶体片会因为压电效应而产生机械振荡。这种振荡会在晶体片中形成电场，产生反向电荷。这些反向电荷会反过来影响晶体片的振荡，形成一个封闭的振荡回路。反馈电路中的电容会助于调节振荡频率和补偿晶体片的容量变化。通过调整放大器的增益，可以在晶体片中产生一个恒定的振荡。放大器的输出信号经过调整后，可以作为精确的时钟信号或参考信号。
不同类型的晶振在功能上和实现技术有所不同：
1.普通晶体振荡器SPXO。
这是一种电路结构简单的晶体振荡器，通常称为钟振，没有“压控”、“温度补偿”和自动增益控制“AGC”部分。输出频率完全是由晶体的自由振荡完成。这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。
2.温度补偿晶体振荡器TCXO。
为了解决温度稳定性的问题，采用一些温度补偿手段。主要工作原理是通过温度敏感元件感应环境温度，将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率，达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿，随着补偿技术的发展，很多数字化补偿TCXO开始出现，这种数字化补偿的TCXO又叫DTCXO，用单片机进行补偿时为MCXO。由于采用了数字化技术，这一类型的晶振再温度特性上可以达到很高的精度，并且能够适应更宽的工作温度范围。
3.恒温晶体振荡器OCXO
对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态，在一定范围内不受外界温度影响，达到稳定输出频率的效果。OCXO的主要优点是，由于采用了恒温槽技术，频率温度特性在所有类型晶振中是最好的，由于电路设计精密，其短稳和相位噪声都较好。主要缺点是功耗大、体积大，需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。
4.压控晶体振荡器VCXO
晶振是带有压控功能，带压控输入引脚的一类晶振。以上三种类型的晶振都可以带压控端口。
晶体振荡器具有如下特点：
(1)频率稳定性高：由于石英晶体的稳定性，晶体振荡器能够产生一个非常稳定的频率信号，通常频率稳定度可以达到0.0001%。
(2)频率精度高：晶体振荡器能够在非常紧凑的范围内产生特定的频率，由于频率稳定性好，所以频率精度也很高。
(3)容易集成：晶体振荡器非常小巧，可以轻松地集成到集成电路中。
(4)长寿命：由于晶体振荡器没有活动部件，结构简单、工作可靠，即使长时间使用也不容易损坏。
(5)多用途：晶体振荡器在通讯设备、计算机、电子仪器以及其他电子设备中得到广泛应用，可以作为时钟信号、频率标准以及其他应用。
在应用方面，晶体振荡器广泛应用于电子系统、通信系统、计算机系统等各个领域。例如，在电子系统中，晶体振荡器用于提供基准时钟信号，用于驱动其他电路;在通信系统中，晶体振荡器用于提供基准时钟信号，用于调制和解调信号;在计算机系统中，晶体振荡器用于提供时钟信号，用于驱动硬盘读写头。
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