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談起晶體振蕩器，相信從事或是了解電子行業(yè)的朋友們知道：晶體振蕩器是一種電子設(shè)備中常用的元件，它的主要作用是為電路提供穩(wěn)定、精確的頻率信號(hào)。晶體振蕩器的基本工作原理是利用石英晶體的壓電效應(yīng)和諧振特性來產(chǎn)生恒定的頻率。所以，我們常把晶振比喻為數(shù)字電路的心臟，這是因?yàn)椋瑪?shù)字電路的所有工作都離不開時(shí)鐘信號(hào)，晶振直接控制著整個(gè)系統(tǒng)，若晶振不運(yùn)作那么整個(gè)系統(tǒng)也就癱瘓了，所以晶振是決定了數(shù)字電路開始工作的先決條件。

所以，晶振是電子設(shè)備中的關(guān)鍵元件，它們在控制和同步電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用，而我們?nèi)粘Ｖ兴f的“晶振”一般所指的就是“石英晶體諧振器”。本章節(jié)將跟大家分享的是：晶振基礎(chǔ)知識(shí)的全面概述，包括晶振的工作原理、主要類型以及應(yīng)用等。

一、晶體振蕩器的定義

晶振，全稱為：晶體振蕩器。因?yàn)樗菑囊粔K石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片），所以也叫：石英晶體諧振器，簡稱為：石英晶體或晶體、晶振。日常用英文全稱：quartz crystal unit或quartz crystal resonator，常被標(biāo)識(shí)為Xtal，Extenal Crystal Osillator，外部晶振器，因?yàn)榫д駟卧３Ｗ鳛殡娐吠饨?，簡稱石英晶體或晶振，是利用石英晶體（又稱水晶）的壓電效應(yīng)，用來產(chǎn)生高精度振蕩頻率的一種電子元件，屬于被動(dòng)元件。該元件主要由石英晶片、基座、外殼、銀膠、銀等成分組成。根據(jù)引線狀況可分為直插（有引線）與表面貼裝（無引線）兩種類型。當(dāng)前常見的主要封裝型號(hào)有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5與SMD。

在其封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

因?yàn)榫д袷请娮与娐分凶畛Ｓ玫碾娮釉?，所以其電路符?hào)一般用字母“X”、“G”或“Z”表示，單位為Hz，晶振的圖形符號(hào)如下圖所示：

二、晶體振蕩器的工作原理

英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào) 。石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結(jié)晶體)的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等)，在它的兩個(gè)對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。

在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

1、壓電效應(yīng)

公元1880年法國物理學(xué)家居里兄弟Jacques和Pierre Curie進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在水晶片上施以機(jī)械應(yīng)力時(shí),會(huì)產(chǎn)生電荷的偏移,即為壓電效應(yīng)。

晶振的壓電效應(yīng)是指對晶振施加機(jī)械壓力時(shí)，晶振會(huì)產(chǎn)生電場；反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場；這種物理現(xiàn)象就是所謂的壓電效應(yīng)。

下表總結(jié)了關(guān)于晶振的壓電效應(yīng)的相關(guān)信息：

這種效應(yīng)使得晶振能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，或者相反，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這種特性使得晶振在許多電子設(shè)備中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，尤其是在要求頻率穩(wěn)定性高的應(yīng)用中。

2、壓電諧振

當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個(gè)PF到幾十PF。當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數(shù)值約為100Ω。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度 。計(jì)算機(jī)都有個(gè)計(jì)時(shí)電路，盡管一般使用“時(shí)鐘”這個(gè)詞來表示這些設(shè)備，但它們實(shí)際上并不是通常意義的時(shí)鐘，把它們稱為計(jì)時(shí)器(timer)可能更恰當(dāng)一點(diǎn)。計(jì)算機(jī)的計(jì)時(shí)器通常是一個(gè)精密加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內(nèi)以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。

有兩個(gè)寄存器與每個(gè)石英晶體相關(guān)聯(lián)，一個(gè)計(jì)數(shù)器(counter)和一個(gè)保持寄存器(holdingregister)。石英晶體的每次振蕩使計(jì)數(shù)器減1。當(dāng)計(jì)數(shù)器減為0時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，計(jì)數(shù)器從保持寄存器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個(gè)計(jì)時(shí)器進(jìn)行編程，令其每秒產(chǎn)生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷)成為可能。每次中斷稱為一個(gè)時(shí)鐘嘀嗒(clocktick)。晶振在電氣上可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。

這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。

綜合來講，晶振的主要原理是利用諧振頻率的晶體振動(dòng)特性，并將其電學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出。在晶體振蕩器中，晶體諧振頻率與電容和電感構(gòu)成的諧振回路共同作用，從而使電路自激振蕩并輸出所需的電信號(hào)。

三、晶體振蕩器的實(shí)用基礎(chǔ)知識(shí)

以下就是我本章節(jié)想要跟大家分享的“晶振的實(shí)用基礎(chǔ)知識(shí)”的相關(guān)內(nèi)容，希望有興趣或是同行的朋友可以一起多交流學(xué)習(xí)，如有不對或是遺漏的地方，還希望大家多多批評(píng)指正：

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四、晶體振蕩器的優(yōu)缺點(diǎn)分析

晶體振蕩器是一種廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘源。它通過利用石英晶體的壓電效應(yīng)來產(chǎn)生精確的頻率。然而，就像任何其他技術(shù)一樣，晶體振蕩器也有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

1、晶體振蕩器的優(yōu)點(diǎn)

a.高穩(wěn)定性

晶體振蕩器的主要優(yōu)點(diǎn)是其穩(wěn)定性。由于石英晶體的壓電效應(yīng)，晶體振蕩器能夠產(chǎn)生非常穩(wěn)定的頻率變化。這使得它們成為理想的時(shí)鐘源，特別是在需要高精度定時(shí)的應(yīng)用中。

b.高可靠性

由于其構(gòu)造簡單且工作原理可靠，晶體振蕩器通常比其他的時(shí)鐘源更可靠。它們不會(huì)出現(xiàn)像電容或電阻那樣的隨機(jī)失效問題。

c.高分辨率

相比于其他類型的振蕩器，如數(shù)字電路中的RC振蕩器，晶體振蕩器可以提供更高的分辨率。這是因?yàn)樗鼈兊念l率變化是由石英晶體的壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的，而不是由溫度或其他環(huán)境因素驅(qū)動(dòng)的。

d.低功耗

晶體振蕩器在工作時(shí)消耗的功耗非常低，這對于電池供電的設(shè)備來說是一個(gè)重要的優(yōu)勢。

e.長壽命

晶體振蕩器的使用壽命長，能夠在長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

2、晶體振蕩器的缺點(diǎn)

a.對環(huán)境條件的敏感性

石英晶體對環(huán)境條件（如溫度、濕度等）非常敏感。這可能會(huì)影響到晶體振蕩器的性能，尤其是在溫度變化較大的環(huán)境中。

b.成本較高

盡管晶體振蕩器在許多情況下都非常有用，但它們的制造過程相對復(fù)雜，因此成本相對較高。這可能使得它們在一些成本敏感的應(yīng)用中不太實(shí)用。

c.信號(hào)電平固定

相對于晶體諧振器，晶體振蕩器的缺陷是其信號(hào)電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差。

d.起動(dòng)時(shí)間較長

石英振蕩器需要較長的起動(dòng)時(shí)間，這對于一些需要快速啟動(dòng)的應(yīng)用來說是一個(gè)缺點(diǎn)。

e.體積較大

晶體振蕩器相比于無源晶體通常體積較大，雖然隨著工藝的改善，現(xiàn)在有的晶體振蕩器是表貼的，體積和晶體諧振器相當(dāng)。

總結(jié)來說，晶體振蕩器以其高穩(wěn)定性、高可靠性和高分辨率而受到贊譽(yù)。然而，它們也存在一些限制，例如對環(huán)境條件的敏感性、成本較高、信號(hào)電平固定、起動(dòng)時(shí)間較長以及體積較大等。因此，選擇是否使用晶體振蕩器取決于具體的應(yīng)用需求和可用資源。

五、影響晶體振蕩器振蕩頻率的主要因素

1、工作點(diǎn)變化

我們之前已經(jīng)了解過晶體管，并且知道了工作點(diǎn)的重要性，對于晶振來說，這個(gè)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性需要更高的考慮。

使用的有源器件的操作被調(diào)整到其特性的線性部分，該點(diǎn)由于溫度變化而移動(dòng)，因此穩(wěn)定性受到影響。

2、溫度變化

振蕩電路中的振蕩電路包含各種元件，例如電阻、電容和電感。它們的所有參數(shù)都取決于溫度，由于溫度的變化，它們的值會(huì)受到影響，這就會(huì)影響到振動(dòng)電路頻率的變化。

3、電源影響

供電功率的變化會(huì)影響頻率，電源變化導(dǎo)致V cc變化，從而影響所產(chǎn)生的振蕩頻率。

為了避免這種情況的發(fā)生，實(shí)施了穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，簡稱為 RPS。

4、輸出負(fù)載變化

輸出電阻或輸出負(fù)載的變化會(huì)影響振蕩器的頻率。當(dāng)連接負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)能電路的有效電阻會(huì)發(fā)生變化。

LC調(diào)諧電路的Q因數(shù)發(fā)生了變化，這就會(huì)導(dǎo)致振蕩器的輸出頻率發(fā)生變化。

5、元件間電容的變化

元件間電容是在二極管和晶體管等 PN 結(jié)材料中產(chǎn)生的電容，這些是由于它們在操作過程中存在的電荷而產(chǎn)生的。

由于溫度、電壓等各種原因，元件間電容會(huì)發(fā)生變化。不過這個(gè)問題可以通過跨過有問題的元件間電容連接 電容來解決。

6、Q值

振蕩器中的 Q（品質(zhì)因數(shù)）值必須很高。調(diào)諧振蕩器中的 Q 值決定了選擇性。由于該 Q 與調(diào)諧電路的頻率穩(wěn)定性成正比，因此 Q 值應(yīng)保持較高。

如果Q值的變化，將會(huì)影響到頻率穩(wěn)定性。

六、四種晶體振蕩器的介紹及工作原理

晶體振蕩器是在其封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器的，而其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼，陶瓷或塑料封裝的。以下要跟大家分享的是4種不同的晶體振蕩器，即：恒溫晶體振蕩器（OCXO），溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO） ，普通晶體振蕩器（SPXO）和壓控晶體振蕩器（VCXO）。

1、恒溫晶體振蕩器（以下簡稱OCXO）

這類型晶振對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了恒溫槽技術(shù)，將晶體置于恒溫槽內(nèi)，通過設(shè)置恒溫工作點(diǎn)，使槽體保持恒溫狀態(tài)，在一定范圍內(nèi)不受外界溫度影響，達(dá)到穩(wěn)定輸出頻率的效果。這類晶振主要用于各種類型的通信設(shè)備，包括交換機(jī)， SDH傳輸設(shè)備，移動(dòng)通信直放機(jī)，GPS接收機(jī)，電臺(tái)，數(shù)字電視及軍工設(shè)備等領(lǐng)域。根據(jù)用戶需要，該類型晶振可以帶壓控引腳。

OCXO的主要優(yōu)點(diǎn)是，由于采用了恒溫槽技術(shù)，頻率溫度特性在所有類型晶振中是最好的，由于電路設(shè)計(jì)精密，其短穩(wěn)和相位噪聲都較好。主要缺點(diǎn)是功耗大，體積大，需要5分鐘左右的加熱時(shí)間才能正常工作等

2、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（以下簡稱TCXO）

TCXO溫補(bǔ)晶振是通過其附加的溫度補(bǔ)償電路使周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。它的溫度補(bǔ)償?shù)脑砟鼐褪峭ㄟ^改變振蕩回路中的負(fù)載電容，使其隨溫度變化來補(bǔ)償諧振器由于環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的頻率漂移。

晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。

其對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了一些溫度補(bǔ)償手段，主要原理是通過感應(yīng)環(huán)境溫度，將溫度信息做適當(dāng)變換后控制晶振的輸出頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出頻率的效果。傳統(tǒng)的 TCXO是采用模擬器件進(jìn)行補(bǔ)償，隨著補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，很多數(shù)字化補(bǔ)償大TCXO開始出現(xiàn)，這種數(shù)字化補(bǔ)償?shù)腡CXO又叫DTCXO，用單片機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)我們稱之為MCXO，由于采用了數(shù)字化技術(shù)，這一類型的晶振在溫度特性上達(dá)到了很高的精度，并且能夠適應(yīng)更寬的工作溫度范圍，主要應(yīng)用于軍工領(lǐng)域和使用環(huán)境惡劣的場合。

3、普通晶體振蕩器（SPXO）

這是一種簡單的晶體振蕩器，通常稱為鐘振，其工作原理為去除“壓控”，“溫度補(bǔ)償”和“AGC”部分，完全是由晶體的自由振蕩完成。這類晶振主要應(yīng)用于穩(wěn)定度要求不高的場合。

4、壓控晶體振蕩器（VCXO）

這是根據(jù)晶振是否帶壓控功能來分類，帶壓控輸入引腳的一類晶振叫VCXO，以上三種類型的晶振都可以帶壓控端口。

晶振的指標(biāo)

總頻差：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標(biāo)稱頻率的最大偏差。

說明：總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度，頻率老化率造成的偏差，頻率電壓特性和頻率負(fù)載特性等共同造成的最大頻差一般只在對短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心，而對其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場合采用例如：精密制導(dǎo)雷達(dá)。

頻率穩(wěn)定度：任何晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對的，程度不同而已，一個(gè)晶振的輸出頻率隨時(shí)間變化表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化，飄移和短穩(wěn)。

頻率溫度穩(wěn)定度：在標(biāo)稱電源和負(fù)載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準(zhǔn)溫度或帶隱含基準(zhǔn)溫度的最大允許頻偏。

英尺=±（fmax的-FMIN）/（fmax的+ FMIN）；

ftref =±MAX [|（fmax-fref）/ fref |，|（fmin-fref）/ fref |]；

英尺：頻率溫度穩(wěn)定度（不帶隱含基準(zhǔn)溫度）；

ftref：頻率溫度穩(wěn)定度（帶隱含基準(zhǔn)溫度）；

fmax：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測得的最高頻率；

FMIN：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測得的最低頻率；

f參考：規(guī)定基準(zhǔn)溫度測得的頻率；

說明：采用 ftref指標(biāo)的晶體振蕩器其生產(chǎn)難度要高于采用FT指標(biāo)的晶體振蕩器，故ftref指標(biāo)的晶體振蕩器售價(jià)較高。

開機(jī)特性（頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間）：指開機(jī)后一段時(shí)間。（如5分鐘）的頻率到開機(jī)后另一段時(shí)間（如1小時(shí)）的頻率的變化率表示了晶振達(dá)到穩(wěn)定的速度這指標(biāo)對經(jīng)常開關(guān)的儀器如頻率計(jì)等很有用。

說明：在多數(shù)應(yīng)用中，晶體振蕩器是長期加電的，然而在某些應(yīng)用中晶體振蕩器需要頻繁的開機(jī)和關(guān)機(jī)，這時(shí)頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間指標(biāo)需要被考慮到（尤其是對于在苛刻環(huán)境中使用的軍用通訊電臺(tái)，要求當(dāng)?shù)念l率段溫度穩(wěn)定塔度 ≤±0.3ppm（-45℃?85℃），采用OCXO作為本振，頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間將不少于5分鐘，而采用MCXO只需要十幾秒鐘）。

頻率老化率：在恒定的環(huán)境條件下測量振蕩器頻率時(shí)，振蕩器頻率和時(shí)間之間的關(guān)系這種長期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，因此，其頻率偏移的速率叫老化率，可用規(guī)定時(shí)限后的最大變化率（如 ±10ppb的/天，加電72小時(shí)后），或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化（如：±1ppm的/（第一年）和±5ppm的/（十年））來表示。

晶體老化是因?yàn)樵谏a(chǎn)晶體的時(shí)候存在應(yīng)力，污染物，殘留氣體，結(jié)構(gòu)工藝缺陷等問題。應(yīng)力要經(jīng)過一段時(shí)間的變化才能穩(wěn)定，一種叫 “應(yīng)力補(bǔ)償”的晶體切割方法（SC切割法）使晶體有較好的特性。

污染物和殘留氣體的分子會(huì)沉積在晶體片上或使晶體電極氧化，振蕩頻率越高，所用的晶體片就越薄，這種影響就越厲害。這種影響要經(jīng)過一段較長的時(shí)間才能逐漸穩(wěn)定，而且這種穩(wěn)定隨著溫度或工作狀態(tài)的變化會(huì)有反復(fù)-使污染物在晶體表面再度集中或分散因此，頻率低的晶振比頻率高的晶振，工作時(shí)間長的晶振比工作時(shí)間短的晶振，連續(xù)工作的晶振比斷續(xù)工作的晶振的老化率要好。

說明： TCXO的頻率老化率為：±0.2ppm~±2ppm（第一年）和±1ppm~±5ppm（十年）（除特殊情況，TCXO很少采用每天頻率老化率的指標(biāo)，因?yàn)榧词乖趯?shí)驗(yàn)室的條件下，溫度變化引起的頻率變化也將大大超過溫度補(bǔ)償晶體振蕩器每天的頻率老化，因此這個(gè)指標(biāo)失去了實(shí)際的意義）.OCXO的頻率老化率為：±0.5ppb?±10ppb的/天（加電72小時(shí)后），±30ppb?±2ppm的（第一年），±0.3ppm?3ppm的±（十年）。

短穩(wěn)：短期穩(wěn)定度，觀察的時(shí)間為 1毫秒，10毫秒，100毫秒，1秒，10秒。

晶振的輸出頻率受到內(nèi)部電路的影響（晶體的Q值，元器件的噪音，電路的穩(wěn)定性，工作狀態(tài)等）而產(chǎn)生頻譜很寬的不穩(wěn)定。測量一連串的頻率值后，用阿倫方程計(jì)算。相位噪音也同樣可以反映短穩(wěn)的情況（要有專用儀器測量）。

重現(xiàn)性：定義：晶振經(jīng)長時(shí)間工作穩(wěn)定后關(guān)機(jī)，停機(jī)一段時(shí)間 T1（如24小時(shí)），開機(jī)一段時(shí)間T2（如4小時(shí)），測得頻率F1，再停機(jī)同一段時(shí)間t1時(shí)，再開機(jī)同一段時(shí)間t2時(shí)，測得頻率F2。重現(xiàn)性=（F2-F1）/ F2。

頻率壓控范圍：將頻率控制電壓從基準(zhǔn)電壓調(diào)到規(guī)定的終點(diǎn)電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。

說明：基準(zhǔn)電壓為+ 2.5V，規(guī)定終點(diǎn)電壓為+ 0.5V和+ 4.5V，壓控晶體振蕩器在+ 0.5V頻率控制電壓時(shí)頻率改變量為-2ppm，在+ 4.5V頻率控制電壓時(shí)頻率改變量為+ 2.1ppm，則VCXO電壓控制頻率壓控范圍表示為：≥±2ppm的（2.5V±2V），斜率為正，線性為+ 2.4％。

壓控頻率響應(yīng)范圍：當(dāng)調(diào)制頻率變化時(shí)，峰值頻偏與調(diào)制頻率之間的關(guān)系通常用規(guī)定的調(diào)制頻率比規(guī)定的調(diào)制基準(zhǔn)頻率低若干。分貝表示。

說明： VCXO頻率壓控范圍頻率響應(yīng)為0~10kHz。

頻率壓控線性：與理想（直線）函數(shù)相比的輸出頻率 -輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分?jǐn)?shù)表示整個(gè)范圍頻偏的可容許非線性度。

說明：典型的 VCXO頻率壓控線性為：≤±10％，≤±20％簡單的VCXO頻率壓控線性計(jì)算方法為（當(dāng)頻率壓控極性為正極性時(shí)）：

頻率壓控線性= ±（（fmax-fmin）/ f0）×100％；

FMAX：VCXO在最大壓控電壓時(shí)的輸出頻率；

FMIN：VCXO在最小壓控電壓時(shí)的輸出頻率；

F0：壓控中心電壓頻率；

單邊帶相位噪聲￡（f）：偏離載波f處，一個(gè)相位調(diào)制邊帶的功率密度與載波功率之比。

輸出波形：從大類來說，輸出波形可以分為方波和正弦波兩類。而方波主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)鐘上，對方波主要有輸出電平，占空比，上升 /下降時(shí)間，驅(qū)動(dòng)能力等幾個(gè)指標(biāo)要求。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信，雷達(dá)和高速數(shù)傳等類似系統(tǒng)中，需要高質(zhì)量的信號(hào)源作為日趨復(fù)雜的基帶信息的載波。因?yàn)橐粋€(gè)帶有寄生調(diào)幅及調(diào)相的載波信號(hào)（不干凈的信號(hào)）被載有信息的基帶信號(hào)調(diào)制后，這些理想狀態(tài)下不應(yīng)存在的頻譜成份（載波中的寄生調(diào)制）會(huì)導(dǎo)致所傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量及數(shù)傳誤碼率明顯變壞。所以作為所傳輸信號(hào)的載體，載波信號(hào)的干凈程度（頻譜純度）對通信質(zhì)量有著直接的影響。對于正弦波，通常需要提供例如諧波，噪聲和輸出功率等指標(biāo)。

七、晶體振蕩器未來的發(fā)展趨勢

正因?yàn)榫д袷请娐分谐Ｓ玫臅r(shí)鐘元件，在數(shù)字電路中不可或缺。晶振上游主要包括原材料生產(chǎn)培養(yǎng)、材料制造、精密機(jī)械研制。下游客戶包括消費(fèi)類電子產(chǎn)品、小型電子類產(chǎn)品、資訊設(shè)備、移動(dòng)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域，其市場很大程度依附于電子信息制造業(yè)增長。晶體振蕩器發(fā)展前景、晶體振蕩器行業(yè)怎么樣？晶體振蕩器行業(yè)未來發(fā)展前景可期。隨著5G及以上技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等的快速發(fā)展，以及得益于國產(chǎn)替代的加速，國內(nèi)晶體振蕩器行業(yè)將面臨新一輪發(fā)展機(jī)遇。

現(xiàn)在晶振市場主要以無源晶振主導(dǎo)，市場占比約為 90%。根據(jù)專業(yè)人士分析， MHz 晶體諧振器市場占比 52.67%，KHz 晶體諧振器市場占比 37.34%，XO 晶體振蕩器市場 占比 4.89%，TCXO 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器市場占比 4.54%，VCXO 壓控晶體振蕩器 市場占比 0.53%，OCXO 恒溫晶體振蕩器市場占比 0.02%。

為了滿足不同需求與應(yīng)用場景，晶振在未來會(huì)有以下六大發(fā)展趨勢：

1、晶振小型化

電路板上空間愈加珍貴，因此晶振朝都向小型化發(fā)展，而SMD貼片封裝晶振具有尺寸小、易貼裝等特點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)成為市場主流。

2、晶振片式化

SMD 封裝晶振具 有尺寸小、易貼裝等特點(diǎn)，已成為市場主流，目前全球石英晶振片式化率約為 70%。

3、晶振高頻化

隨著 4G 到 5G，為實(shí)現(xiàn)高速、大容量、穩(wěn)定的通信，需要更高頻率的載波， 光刻工藝的成熟也推動(dòng)了石英晶振產(chǎn)品向高頻化發(fā)展。

4、晶振高精度

早期的消費(fèi)類電子 產(chǎn)品對石英晶振的頻率精度要求多為±10ppm-±30ppm，目前普遍要求小于± 10ppm。

5、晶振高可靠性

應(yīng)用于汽車電子、醫(yī)療、航空航天等高可靠性場景的晶振需要 滿足零缺陷要求。

6、晶振低功耗

電子產(chǎn)品功能變多，耗電量急劇增加，減少硬件能耗成 為延長電子設(shè)備續(xù)航時(shí)間的現(xiàn)實(shí)選擇。

八、晶體振蕩器行業(yè)的發(fā)展前景

隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和新興市場的崛起，電子產(chǎn)品的需求量呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢。智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品的普及，以及工業(yè)自動(dòng)化和汽車電子化的發(fā)展，都對晶振產(chǎn)生了巨大的需求。此外，5G技術(shù)的推廣和應(yīng)用，將進(jìn)一步推動(dòng)晶振行業(yè)的發(fā)展，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)的高速度和低延遲特性對晶振的性能提出了更高的要求。

長期以來，高端晶振市場主要由日本、美國等國家的廠商主導(dǎo)。然而，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)實(shí)力的不斷提升和國產(chǎn)品牌的崛起，國產(chǎn)晶振在市場上的競爭力逐漸增強(qiáng)。在5G、新能源等產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，國內(nèi)對高端晶振的需求量快速增長，為國產(chǎn)晶振廠商提供了廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，政府對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的支持力度不斷加大，也為國產(chǎn)晶振的發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境。

隨著全球信息化、智能化時(shí)代的深入推進(jìn)，晶振行業(yè)正迎來技術(shù)創(chuàng)新的浪潮。5G通信、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、汽車電子等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對晶振的精度、穩(wěn)定性、小型化等提出了更高要求。在這一背景下，晶體振蕩器技術(shù)不斷革新，尤其是小型化、低功耗的溫補(bǔ)晶振(TCXO)和壓控晶振(VCXO)得到了廣泛應(yīng)用。此外，新興的6G技術(shù)研發(fā)也為晶體振蕩器行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，推動(dòng)著行業(yè)向更高頻、更高精度、更高穩(wěn)定性方向發(fā)展。

晶振行業(yè)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出多元化和高端化的特點(diǎn)。無論是應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)，還是抓住5G技術(shù)的機(jī)遇，亦或是響應(yīng)環(huán)保的號(hào)召，晶振行業(yè)都在不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，以適應(yīng)不斷變化的市場需求和技術(shù)進(jìn)步。未來，晶振行業(yè)將繼續(xù)在電子設(shè)備中扮演著不可或缺的角色，為全球科技的發(fā)展提供穩(wěn)定的支撐。

九、與晶體振蕩器相關(guān)的問答FAQs

1、晶振是什么？

晶振是一種能夠產(chǎn)生穩(wěn)定頻率信號(hào)的元件，通常用于電子設(shè)備中作為時(shí)鐘源來控制設(shè)備的工作節(jié)奏。

2、晶振的工作原理是什么？

晶振是基于壓電效應(yīng)工作的，當(dāng)在晶體材料上施加外力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電荷的位移。晶振中的晶體材料會(huì)受到外部電壓的作用產(chǎn)生振蕩，該振蕩的頻率取決于晶體的尺寸和結(jié)構(gòu)。通過合適的電路設(shè)計(jì)，晶振可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的頻率信號(hào)。

3、晶振在電子設(shè)備中的作用是什么？

晶振作為時(shí)鐘源用于各種數(shù)字電子設(shè)備中，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、通訊設(shè)備等。它能夠提供非常穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，使得設(shè)備能夠準(zhǔn)確地同步工作，并且保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和處理。晶振也被用于一些精密的測量儀器中，因?yàn)樗a(chǎn)生的頻率信號(hào)非常精確和穩(wěn)定。

十、總結(jié)一下

展望未來，晶振行業(yè)在高精度、低功耗與智能制造三大方向的引領(lǐng)下，將不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品升級(jí)。5G高頻化和工業(yè)自動(dòng)化的持續(xù)推進(jìn)，為晶振市場帶來了廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)也對晶振的性能和品質(zhì)提出了更高要求。MEMS技術(shù)、溫補(bǔ)晶振（TCXO）和恒溫晶振（OCXO）的技術(shù)革新，將推動(dòng)晶振產(chǎn)品向小型化、高精度、低功耗和智能化方向發(fā)展。晶振企業(yè)需緊跟行業(yè)趨勢，加大研發(fā)投入，提升技術(shù)創(chuàng)新能力，以滿足市場不斷變化的需求，在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。

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審核編輯 黃宇