六种主流晶体振荡器的关键特征及选型要点

【导读】在几乎所有的电子电路中，石英晶体振荡器都是负责频率/定时精度和性能的核心器件。保持时间的精确与可靠，是智能手机、车载设备，军用、飞机、火车、卫星通信、以及恶劣环境中设备以及与人身安全相关的设备中至关重要的元器件。当然，“完美”的振荡器只存在于理论之中，对开发者来说，如何选择合适的振荡器来满足设计目标？就需要对晶体振荡器有一个系统的认识，才能为相关电路寻找合适的解决方案，做好性能、成本、稳定性、尺寸、功率、物理结构和驱动能力等方面的平衡。为此快包分析师对比分析了6种主流晶体振荡器的关键特征及选型要点，以供参考。

晶体振荡器的分类及特性

1、标准封装晶振振荡器(SPXO)

是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品。

2、温度补偿晶体振荡器（TCXO）

是一种增加温感器件，如热敏电阻等产生校正电压，通过适当的网络施加到与晶体串联的可变电压变容二极管，而实现频率控制。即通过改变石英晶体的容性负载来执行，温度补偿可以使频率稳定性提高 20 倍或更多。

3、箱控型晶体振荡器 (OCXO)

通过将晶体振荡器封装在控温箱中，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。可将振荡器的稳定性提高一千倍以上，适用于需要精确定时的应用，如导航系统或高速串行数据通信。

4、压控晶体振荡器 (VCXO)

通过向与谐振器串联的变容二极管施加电压，改变负载电容来改变其输出频率; 主要用于锁相环路或频率微调,但其改变的频偏一般在±200ppm以内。

5、数字控制晶体振荡器 (DCXO)

将频率稳定的晶体振荡器与灵活的直接数字合成（direct digital synthesis DDS），封装在温控的外壳中以提供高精度的输出信号；其输出频率可由外部控制。

6、微型计算机补偿的晶体振荡器 (MCXO)

主要是运用MCU对温度传感器的温度值采样，将结果存储在单片机中，并输出补偿数据信号到高精度D/A转换，将它送给补偿电路得到补偿电压，通过该补偿电压对振荡频率进行补偿以极大减少温度变化对晶振稳定度的影响。

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晶振参数及选型

1、频率大小

为晶振输出波形频率，频率越高一般价格越高，频差越大；从综合角度考虑，一般工程师会选用频率低但稳定的晶振，自己做倍频电路。总之频率的选择是根据需求选择，并不是频率越大就越好。

2、频率稳定度

指在规定的工作温度范围内，与标称频率允许的偏差，用 ppm(百万分之一)表示。一般来说，稳定度越高或温度范围越宽，价格越高。对于频率稳定度要求±20ppm 或以上的应用，可使用普通无补偿的晶体振荡器。对于介于±1至±20ppm 的稳定度，应该考虑温补晶振TCXO。对于低于+1ppm 的稳定度，应该考虑恒温晶振 OCXO。

3、电源电压

常用的有 1.8V、2.5V、3.3V、5V 等，其中 3.3V 应用最广。

4、输出

根据设计需要采用不同输出(HCMOS，SINE，LVPECL，LVDS，HSCL)。此外对波形对称性、上升和下降时间以及逻辑电平也是开发者需要考虑的。

5、工作温度范围

消费级或一般产品 -20℃~+70℃已经够用，工业级标准规定的 -40~+85℃对于某些特殊场合如航天军用等，对温度有更苛刻的要求。

6、相位噪声和抖动

相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式，是对短期稳定度的真实度量。拥有好的相位噪声和抖动的同时振荡器的设计复杂，体积大，频率低，造价高。

7、牵引范围

是针对 VCXO 的参数，通常牵引范围大约为 100-200ppm，取决于 VCXO 的结构和所选择的晶体。

8、封装

与其它电子元件相似，石英振荡器亦采用愈来愈小型的封装。较小型的器件比较大型的表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。