晶体振荡器主要特性指标有哪些?
2022-08-24
晶体振荡器主要特性指标
Crystal oscillator main characteristic index
✦ 输出特性。
✦ 电源特性。
✦ 开机特性。
✦ 调频特性。
✦ 老化特性。
✦ 温度特性。
✦ 负载特性。
✦ 频谱特性。
✦ 相位噪声。
✦ 外形规格。
输入电源特性
电源供电电压：正常工作需要提供的额定电压。一般为直流电压。常用Vcc表示。单位为：Ｖ（伏特）。
初始电流：仅适用于OCXO刚加电时，需要电源提供的电流。也是OCXO的工作电流。常用Ion表示。单位为：Ａ（安培）。
稳态电流：工作稳定后，需要电源提供的可持续、稳定的电流。常用Iss表示。单位为：Ａ（安培）．
电压特性：电源电压在规定的范围内变化时，输出频率的变化与标称电源电压状态下的频率的比率。电压特性也有叫电压变动率的、或电源电压变动率。
输出特性
标称频率：产品输出的频率的希望值(Fn)。单位常用MHz。
频率准确度：是指在常温正常工作状态下输出的实测频率（F）与标称频率（Fn）的差值。取相对值。即：实测值与标称值之差，再除以标称频率的商。（F-Fn）/Fn。用“ppm”或”ppb”来计量。
针对OCXO的频率准确度的规定，一般分为：“出厂准确度”和 “在某一段时间之内可保持的准确度”两个指标。
输出波形：一般分为方波(TTL/CMOS/LVPECL/LVDS/HCSL等)、正弦波和削顶正弦波。
方波规定高、低电平,波形摆幅，占空比,上升/下降时间；正弦波规定在指定负载下的峰-峰值（或有效值），用V或者dbm计量 。
负载能力：输出端可以加载负载的能力。对于TTL方波输出，通常负载能力为5或10TTL；对于CMOS方波输出，通常为15PF（TYP）、30PF和50PF ；对于差分输出类型，均有相对应的电阻网络，形成50Ω或100Ω的等效阻抗。
开机特性（仅用于OCXO）
开机电流特性：
OCXO的开机电流是一个与时间和环境温度有关的变化量。在常温下,刚开机时的电流，为初始电流Ion。过一定的时间后减小到一个稳定状态，减小后稳定的电流为稳定电流Iss。开机特性反映电流随时间变化的状态。
开机频率特性：
OCXO开机时的频率远离标称频率，随着加电时间的增加，逐渐趋近于标称频率，开机频率特性描述这个变化过程。一般要求是在规定的时间内满足一定的频差。有2种描述方法：
（1)取开机后某一时刻（如5分钟时）的频率，与另一规定时刻（如1小时时）的频率相比。取其相对值。用“ppb”来计量。
（2)取开机后某一时刻（如5分钟时）的频率,与标称频率相比。取其相对值。
温度特性
工作温度范围：是指必须保证频率变化要求的温度范围。如-40~85℃；-20~70℃等等。
可工作温度范围：产品可以工作的温度范围，但不保证频率变化指标要求。
存储温度范围：产品允许的存储范围。经此温度范围内长期存放后，产品仍可以正常工作。
频率-温度偏差：是温度变化后， 频率的变化范围要求。一般以25 ℃时的频率为参考，考察在温度范围内的频率变化量，取相对值。用“ppb”或“ppm”来计量。
晶体振荡器的输出波形类型
TTL方波 CMOS方波 正弦波（准正弦波）
差分输出
PECL（LVPECL） LVDS HCSL
老化特性
日老化：一天之内的频率变化率。一般取7天的平均值来描述。用“ppb/day”来计量。
月老化：一个月内的频率变化量。一般取一月内的平均值来描述。用“ppb/month”来计量。
年老化：一年之内的频率变化量。用“ppb/year”来计量。（一般取日老化的100倍，但与初始老化时间有关）。
长期老化预测：几年或者几十年以后的老化状况。一般是以老化特性的指数规律拟合出老化曲线的数学公式，然后用微分的方法计算出以后某一时刻的老化指标，或者某一期间内的老化指标。年老化一般也采取此法给出。
SPXO/VCXO/TCXO 一般以年老化来衡量.
压控特性
对于带有电压控制功能的振荡器，需要定义出控制电压和牵引能力。
控制电压：对于VCXO、VCTCXO以及带有压控的OCXO，会特别定义一个控制电压输入脚。VCXO、VCTCXO通常以1#脚作为控制电压输入脚，控制电压的中心值通常为电源电压Vdd的50%，变化范围通常为0~Vdd或（0+10%Vdd）~（Vdd-10%Vdd）。
牵引能力：牵引能力分为相对牵引能力和绝对牵引能力（APR），前者指的是控制电压调整到极限时的频率与中心控制电压的频率的偏差。后者则是上述偏差减去总频差之后的剩余值。
例：某VCXO Vdd为3.3V，总频差为±50PPM，控制电压为1.65±1.35V，控制电压在0.3V、3.0V时的频率与在1.65V时的频率差分别为-115PPM、+120PPM，则其相对牵引能力为±115PPM，绝对牵引能力（APR）为±（115-50）=±65PPM.
线性度：理想状态下，随着控制电压从低到高调整，频率的变化值也是线性的增加。但实际往往并非绝对线性，调制曲线存在一定的弯曲。实际调制曲线与理想调制的直线之间的偏差比值称之为线性度。通常定义最大±10%，要求高时定义±5%。
相位噪声和抖动
在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度，测量范围通常是距离中心频率1Hz~10MHz范围。采用基频和泛音晶片所获得的频率，通常具有非常低的相位噪声，使用PLL后，相位噪声会变差，但目前的技术发展，已经可以使其接近基频和泛音方式的水平。
抖动与相位噪声相关，它是在时域下测量。通常使用有效值（RMS）及峰-峰值（peak-to-peak）来表述，单位是pS或者fS。在通信网络、无线数据传输、ATM、SONET等领域，往往对抖动和相位噪声要求非常高。
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