关于晶振

当比较和选择晶振时，设计师应考虑以下10个关键参数。

1、工作频率 晶振的频率范围一般在1到70MHz之间。但也有诸如通用的32.768kHz钟表晶体那样的特殊低频晶体。晶体的物理厚度限制其频率上限。归功于类似反向台面(inverted Mesa)等制造技术的发展，晶体的频率上限已从前些年的30MHz提升到200MHz。工作频率一般按工作温度25°C时给出。

可利用泛频晶体实现200MHz以上输出频率的更高频率晶振。另外，带内置PLL频率倍增器的晶振可提供1GHz以上的频率。当需要UHF和微波频率时，声表波(SAW)振荡器是种选择。

2、频率精度：频率精度也称频率容限，该指标度量晶振实际频率于应用要求频率值间的接近程度。其常用的表度方法是于特定频率相比的偏移百分比或百万分之几(ppm)。例如，对一款精度±100ppm的10MHz晶振来说，其实际频率在10MHz±1000Hz之间。

(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz

它与下式意义相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%。典型的频率精度范围在1到1000ppm，以最初的25°C给出。精度很高的晶振以十亿分之几(ppb)给出。

3、频率稳定性 该指标量度在一个特定温度范围(如：0°C到70°C以及-40°C到85°C)内，实际频率与标称频率的背离程度。稳定性也以ppm给出，根据晶振种类的不同，该指标从10到1000ppm变化很大(图2)。

 

4、老化 老化指的是频率随时间长期流逝而产生的变化，一般以周、月或年计算。它于温度、电压及其它条件无关。在晶振上电使用的最初几周内，将发生主要的频率改变。该值可在5到10ppm间。在最初这段时间后，老化引起的频率变化速率将趋缓至几ppm。

5、输出 有提供不同种类输出信号的晶振。输出大多是脉冲或逻辑电平，但也有正弦波和嵌位正弦波输出。一些常见的数字输出包括：TTL、HCMOS、ECL、PECL、CML和LVDS。

许多数字输出的占空比是40%/60%，但有些型号可实现45%/55%的输出占空比。一些型号还提供三态输出。一般还以扇出数或容抗值(pF)的方式给出了最大负载。

6、工作电压 许多晶振工作在5V直流。但新产品可工作在1.8、2.5和3.3V。

7、启动时间 该规范度量的是系统上电后到输出稳定时所需的时间。在一些器件内，有一个控制晶振输出开/闭的使能脚。
8、相噪 在频率很高或应用要求超稳频率时，相噪是个关键指标。它表度的是输出频率短时的随机漂移。它也被称为抖动，它产生某类相位或频率调制。该指标在频率范围内用频谱分析仪测量，一般用dBc/Hz表示相噪。

9、可调性(Pullability) 该指标表度的是通过对一个压控晶振(VCXO)施加一个外部控制电压时，该电压所能产生的频率改变。它表示的是最大可能的频率变化，通常用ppm表示。同时还给出控制电压水平，且有时还提供以百分比表示的线性值。典型的直流控制电压范围在0到5V。频率变化与控制电压间的线性关系可能是个问题。

10、封装 晶振有许多种封装形态。过去，最常用的是金属壳封装，但现在，它已被更新的表贴(SMD)封装取代。命名为HC-45、HC-49、HC-50或HC-51的金属封装一般采用的是标准的DIP通孔管脚。而常见的SMD封装大小是5×7mm。源于蜂窝手机制造商的要求，SMD封装的趋势是越做越薄。

晶振种类

有4种基本的一体化晶振：时钟晶振(XO)、压控晶振(VCXO)、温度补偿晶振(TCXO)和热腔控制晶振(OCXO)。

基础XO就是把晶体与其振荡器封装在一起。其频率一般是固定的，但在某些设计中，可提供一个可调电容用于补偿老化带来的频漂。XO用于紧要性最低的设计中，一般用作处理器或其它数字芯片的时钟晶振。典型精度从10ppm到几百ppm，老化指标为±1到±5ppm/年(图5)。

TCXO内置用于补偿伴随温度变化产生的频变的电路。所以，TCXO能提供许多应用所要求的精准和稳定得多的输出频率。手机和双向无线通信就是常见的应用例子。

最简单的方式是在电路中使用热敏电阻温度传感器来操控反馈电路中的一个压变电容以使晶振频率更稳定。

更精确的方法

例如，微控制器控制的晶振(MCXO)利用一个嵌入式控制器根据所需的算法处理温度输入并借助数模转换器来操控一个“牵引调整”压变电容。可用的晶振频率约从1到60MHz。典型的稳定性参数范围是±0.2到±2.5ppm；老化速率是±0.5到±2ppm/年。

VCXO和XO是为以直流输入的方式进行外部频率控制而优化设计的，外接电压控制一个内部压变电容来改变其容值以实现对输出频率小范围的调整。它们主要是为在窄带PLL中用作VCO而设计的。

其常用频率范围从1到60MHz。典型可变范围从±10到±2000ppm。老化速率一般在±1到±5ppm/年。其带温度补偿的版本称为VCTCXO，也还有其它一些变种组合。

Silicon Labs公司提供采用内部多PLL、在10MHz到1.4GHz输出频率范围内带DSP滤波器的XO和VCXO(图6)。Si530和Si550是由制造商编程的，而Si570是用户可通过I2C总线编程的。稳定性可选范围从±20到±200ppm。它们采用的表面封装的大小是5×7mm。 
OCXO把晶体以及有时整个振荡器电路都放在一个小加热腔内。反馈回路内的一个直流加热元件使任一精准和稳定输出频率的温度都几乎恒定。对蜂窝基站、电信、本地局域及广域网络(如Sonet)和GPS等关键应用来说，OCXO是最佳选择。

但OCXO的功耗要高得多，一般在1到3W。典型稳定指标是±1×10-8。典型老化率在±0.2ppm/年到±2.0×10-8/年之间。若将另一个OCXO放在第二个热腔内，则OCXO架构还可实行更高的精度和稳定性。