1、中华人民共和国电子工业准1 范围石英晶体振荡器二部分Quartz crystal contro, led oscillators SJ/Z 91552- 87 IEC 679 2(1981) Part 2 Guide use to the of quartz crystal control1ed oscillators -第3章石英晶体振荡器使用指南晶体振荡器一般用在通信、导航及数据处理系统中提供满足使用要求的稳定频率。根据工作频率、环境条件及振荡器具体设计，晶体振荡器能提供的频率稳定度约在1x10-4.1X 10-10的范围。晶体振荡器性能特性的规范和/或说明书仍然是制造方和使用方之间产陆误
2、解和纠纷的原因之一。本指南的宗旨是=结合S町J/Z9155.1一8盯7(IEC6盯79一1标准第一部份z综合性资料、试验条件和试验方法棋迷晶体振荡器的某些佳能特性，同时还提示在晶体振荡器规范中应予列入的=4_本指南叙述了晶体振荡器的一般性质和能够得到的性能特性。为了叙述方便起见，把晶体振荡器人为地划分成四大类E普通晶体振荡器(PXO)，温度补偿晶体振荡器(TCXO)、压控晶体振荡器(VCXO)和恒温晶体振荡器(OCXO)。注:为了简洁起见，本标准其它地方要经常使用这里所注明的几种缩写符号(诸如:VCXO)。同样，也经常用振荡菇一词来代替e晶体振荡器。显然，设计在品级和组合两方面的变化几乎是无止
3、境呀，因此把某些特殊振荡器归入这些类别可能有困准。然而研究这些通行类别振荡器的工作原理和性能，对用不同组合的办法评估恃殊振荡器前特性是有用的。本标准还对评估振荡器性能十分有用的频率稳定度这一范围及其测量进行了一般性的讨论，此外还讨论了一些经常产生误解乃至错误规定的主要性目巳乞，虱。2 术语和建义本标准所用的专用术语在SJ/Z9155.1一87(lEC 679 1)标准中己给出了定义。$ 3.1 一脚，晶体可用放中华人民共和国电子工或称增益电路和正反馈网络所构成的电述。1988-01一SJ/ Z 9155.2 87 型的振荡器电路图如图1所示。只要在某些频率环路增益大于1，总环路相移为2时何=0
4、，1，2，)，那末该电路就会产生自激振荡，振荡信号电平取决于电路增益特性，而振荡频率则由相位条件确定。输出信号频谱取决于振荡电平、电路元件引入的噪声及电路带宽。对大多数应用来讲，晶体振荡前频谱宽度是非常窄的，只需考虑中心频率的特性。如果不考虑噪声使信号变坏的那一瞬间，那末振荡的平均频率就始终由环路相位要求来确定。只要环路相位出现一点点扰动产生频偏。通常这些扰动可以分两类，-RP r 才一一一一一一一一一一一一一+ liiij 输出冲放大器-一一一一一一一_j图1晶体振荡器基本电路的电路参数的偏向的晶体特性的偏向。种偏离是由下列因素造成的z电容器、电感器、电阻器和晶体管的温度系数，这些元器件的老
5、化，这些元器件的电压特性和电流特性以及它们对机构扰动的敏感性。不论什么因，电路传输相位扰动(N)都要引起平均振荡频率的变化E2Qx 式中rf 0为那耶醺码职卒Qx为增带晶体网络的有效Q阻。二汗曰:立二括由于温度、温度梯度、速度及振动引起的晶体元件特性的改变.为了尽量减少小网络的相位敏感性，晶体振荡器设计中，一般都采用一种可实现的带放大电路。另一方面，通常设计晶体反馈网络时都使它有尽可能窄的传输频带，以便使率基本上只取决于晶体元件的特性。当有频率调整要求时，用引入一可变电抗来改变晶体网率，而并不增大传输频率的带宽，这种方法是可取的，当采用这些通行做法，报电平、频率老化和冲击、加 SJjZ 915
6、5.2 87 率稳寇度就基本取决于晶体元件的特性，而晶体元件应选择下面那样的z围频率变化小P常偿电路，或者靠控温装量为晶高，则必、装架方法、特(1)飞C 8 A 率电的这些类型晶体振荡器的具体特性在后面的条目中研究。晶体元件的温度性能取决于晶片尺寸、振动模式、电极材料、别是晶片相对于晶轴的方位。图2示出了不同方位角AT切石英有关晶体元件温度特性较完整的讨论请查阅文献(2)飞20 。-20 叩OFXhbd可温度(C)75 率温度特性50 25 典型的不同方位角的AT切晶体的。一25图2变化称为老化，这种老化主要由所使用的石英晶体决定xl0-7j周，而泛音晶体及充分老化过的晶体，-其的场合，一般说
7、来老化是不那么重要的，因为它跟由8 常把作为时间函数的C2J 0 10MHz基频晶体的老化率就更小。在使用普通晶体振荡串(1)和(2)请几文献目录。SJ/Z 9155.2 87 温度变化而造成的频俯相比是很小的。3.2.2 温度补偿晶体振荡器(TCXO)使用温度补偿晶体振荡器(TCXO)，可得到比普通晶体振荡器要好的频举33主皮。可见，稳定度的改善是用增加电路复杂性、增大尺寸、增大功耗及提高成本等代价换来的。罔3中粗线表示了模拟式温度补偿用的附加电路。把变容二极管和热敏电阻器-一电阻器网络附加到罔1所示的基本振荡ZA上，此外为了给补偿网络提供高稳应基准电底，还附加了一个稳定器。为了减少外部负载
8、对振荡频卒的影响，通常要用一个高质量的输出缓冲放大器。热敏电阻器的阻值跟温度密切相关，因此需精心设计这种温度补偿问格，以使用它合成出来的一与且度成函数关系的电压，加到变容二极管上。这个合成电压使变容二极管的电容产生变化，这样也就改变了晶体均负载电容。该负载电容的变化使晶体振荡器按预远方式来写字，从而补偿了晶体频率温度特性，以及稳压器、有源据件、电路元件和缓冲放大器任何由温度引起的变化。这种热敏电阻器网络中数值的选择元相当复杂的，通常都需要计算机来确运网刑骂人。厂一一一T f尽可:度系数的主F纳二极管T i级/11ht六器+ ll! 输出i一一一，一一-一一一一一一一一一J图S采用模拟补偿法的温
9、度补偿晶体振荡器4 SJjZ 9155.2 87 常il晶体的频卒温度特性与阁2中的曲线B相似。晶体的最佳切角取决于瘟度范围和所要求的稳定皮。有ir可晶体翻特点之间的频率温度曲线线性较好而频率变化大，有的则线性差但频水变化小，因此在这两种晶体之间作折衷考虑。线性好的曲线容易补偿，但由于频大所以必须忏偿得l分精确。其次要考虑的是翻转点的位置，如果在关心的温度范围只有一个翻转点，!J:lj补当电抗f巧合成了北简单多了。TC立。有l1.;使用另-斗中补供方法，即所谓数字补偿法。在这种方法中，用敏感元件测定晶体元件温E5.再把它转换为数字表示。根据这个温度值，把经汁算过l构工进制电压数ftt送入数樵转
10、换器:平换成怯拟rl!，店，把它加至1变容二极管调讲元件上。这数字技术的若干实施过机，如从把电压值参照简表贮存到数字记忆装置，用温度传感器检索，一直到使用理机来解析所贮有川电压-强度函数关系式，都皂可以做到捕。总之，数字逼近法可以对晶体元件实际!明来温;更特性前形状不作特味要求，这是因为它在原理上适用于任意函数。理论上的限制问是温度增iLUfjf主值化和由数樱转换器产生附模拟电压的量值化。罔4所示的就是数字孙悟吁一种方法。振荡器冲器和AGC冲放大器出L-iJGc l A口寸IBI-桶一一热-3寸土=千二广!感元件变容二极A/D转换据处理机D/弘转换器程序存贮器图4采用数字补偿法的TCXO5 s
11、:tjZ 9155.2 87 另外，还可使用混合补偿法E用模拟电路先得到近似的补偿(比如说s改进系数大约为1020，然而再在较小动态电压范围的数字技术进一步改善频率稳定度性能。图5所示的混合补偿法，允许用比特数较小的数字电路，当然就减少了盔表法所需要的记忆单元数目。器内包括模拟和数字两种形式的补偿电路，需要进行大量测量以确寇字化程度。件v-而官蹄，电是拟但荡器冲器和AGC冲放大器出L一一|JE一热藕合r寸I .11. I 电阻电桥模拟-A/)转换D/A转换处理机程序存图5采用混合补偿法的TCXO下，理拙咂术留在0.60 c x 10-0的相对频偏。而使用10bit或12bit用适当隔热以防止晶
12、体元件产生明显的稳定度。为了获得优良的温度频率稳定度，电阻器之间必须要有良好的热跟踪。变状态就要产生较六的频率变化百万分之凡曹的温度范围，很容易得到士0.5X 10-8，.士2字补偿法，只要晶体元件有良好的重现性并采度，在上述同样的温度范围就能得到土1x 10叮变状态下的定度，在晶体、变容之间存在温度变化的话，6 SJ/Z 9155.2 87 此外，由于石英片内部的温度梯度，在温度变化时晶体元件呈现瞬变特性，在温度突变时晶体元件也要呈现瞬变特性，在温度突变时频率变化竟可达百分之几。所以一般必须把这些关键元器件跟周围环境进行热隔离。TCXO最常用的温度范围是-20 , +70OC，在这温度范围士
13、5X 10-7稳定度是可实现的.因为TCXO不论电糠是否供电，所有元器件都处于同一温度，所以TCXO从接上电源起就有良好的频率准确度。由接通电掘产生的微小温升实际上对频率没有什么影响。这是因为TCXO模拟网络的阻抗可以做得很高，只需增加一点功率。(而数字补偿法，则需增加一定功率才能驱动逻辑电路工作。在某些应用中，这些特性可能是很重要的。虽然选用漏电流非常小甚至可以忽略的变容二极管以防止长期性能退化，但TCXO的老化主要取决于所用的晶体元件，采用基频晶体的TCXO，其老化率可达1x 10-8/星期，对待TCXO和对待下面所讨论的恒温晶体振荡器一样，把任一适当周期的老化加上温度就可得到预期的总频偏
14、。例如z温度频率偏离为5107，老化率为1x 10-3/周，就可预计出一年的总频偏为1X 10-6。3.2.3 压控晶体振荡器(VCXO)在许多应用中，是用可变电压加到一种器件上来控制晶体振荡器频率，以产生窄带调讯信号或移频键控数据流。像TCXO的频率受一由热敏电阻网络产生的、与温度成函系的电压调节那样，VCXO也是用同样的方法来实现上述功能的。主要差别是，变容二极管电压引线接使用者，而不需要热敏电阻网络，其次是使振荡器能够调谐的频率范围当大。VCXO能够响应的调制信号带宽将取决于晶体反馈网络的射频带宽和变容二极管驱动电路的基本带宽。调制线性度(即!J.f与调制电压的函数关系取决于变容二极管特
15、性及晶体元件参数两者的组合。为了得到良好线性度和/或增加频偏范围，经常需要使用较为完善的反馈网络，例如图6所示。3.2.4 恒温晶体振荡器3.2.2条讨论的TCXO能在宽环境温度活周提供nx 10-7的温度频率稳定度。有些应用要更高的稳定度，就需要采用恒温晶体振荡器(OCXO)。有关详细说明见SJ/Z9158 (IEC 314)标准1石英晶体元件用温度和制装置。这种频率稳定度的改善，使之斗过TCXO，是靠增大体积和可观的功率艳散换来的。此外还增加了比基本振荡器(图1)复杂得多的电路，如图7、图8所示。恒温晶体振荡器用的种通用类型，一种是比例控制型，一种是断续控制型。后一种是用双金水银感温器，按
16、通或断的方式把热量供给恒温器的。这种恒温控制很筒中，于低精度频率控制用，因此本标准就不包括这种恒温器。比例控制型恒温器采用电阻器，靠桥式电路连续供热。这种比例式温度控制效果很好，可供高精度频率控制使用。7 SJjZ 9155.2 87 叫一一十一一广一一一一一一一一一一一一一寸一一一甲阳帽庸0+iii!i! 出冲放大器一一一一一一一一一一-1!ii 一一调谐电压国6附有带吭和线性度改善电咯的压才交晶体振荡器(VCXQ).2.4.1 单层恒对大多数应用来讲，图7所示的单层应把35就足够用了。这种恒温系统由电阻电桥、放大器、晶体管控制器和加热绕组构成，如图7的底部所示。图中虚线表示放在恒瘟器内部的
17、附加电路和振荡器组件。为使晶体激励保持稳定，需要使用稳压器、多级缓冲放大器和自动益控制(AGC)电路。这恒温器就是比例控制型的单层恒温器，其电阻电桥的两臂是热电阻器，或是专用的高温度系数电阻器，它们的阻值是温度的函数。8 SJ/Z 9155.2 87 恒理器一一一一一一一一寸i 振荡LL一一一温醒控制器 AGC I I 温器i 一缓冲放大器压器图7羊层恒温振荡器(OCXO)i包+ -恒温器中温度一有变化就被感温器传感出来，使电桥失衡。电桥输出电压经放大驱使晶体管撞制器产生或大或小的电流，流经加热绕组，以此来调节温度。感温器与恒温器外壳加热绕组之间应有良好的热锅合，只有这祥才使f采用高环路增益。
18、为使温度变化率保持小，恒温器结构应该具有足够大的热容量和良好的绝热措施。如果感温器与加热绕组之间的合不好，那么由于按温电路的发热使晶体振荡器温度将产生可观的变化，从而使频。改变桥路上一个电阻器的阻值就能改变恒温器的工作温度，这是因为它改变了电桥的平衡点。设计优良的单层恒温器，可在宽环境温度范围内提供0.1，1C度。为了使热损饨，使晶体腔内温度梯反降到最小，在恒温器内应填充绝热材料，将各元件包住。一般来讲，温度梯度与加热器历用的功率成正比。最好的隔热材料就是真空，一般是用杜瓦瓶来实现真空隔热的。其它比较经济实用的隔热方法是使用泡沫材料，不过这种方法比较大。恒温器工作温度一般比预计的最高使用环境温
19、度要高出10.15c。所用晶体元件9 SJ/Z 9155.2 87 跟图2曲线C相类似的频率温度特性。工作温度选在温度较高的那个翻转点，即曲线的点，由于在那翻转点附近小范围温度变化引起的频率变化是十分小的，从而可以得到相当好的。图2曲线翻转点大约在75C，因此这时振荡器最高环境温度也就在6065。用同样工艺制造的晶体元件，由于方位和(或返回频率有微小差别，其翻转点温度不可能完全相间，所以针对每块晶体元件都要仔细调配恒温器的实际工作温度。晶体振荡器接通电源后不会立即就工作在稳定的频率上，这是因为只有恒温器升温到其工作温度后，晶体频率才能稳定在翻转点灶。为了得到快速升温特性，可以使用一种受动开关控
20、制的单独的快速加热器。快速加热器在短时间需要较大功率，从而使晶体腔迅速升温，在升到距希望的工作温度低几度时，热动开关就切断快速加热器，转接比例控制器。从最低环境温度开始，升温时间要530min，在这段升温时间功耗一般为4，.40W。采用热容量小的恒温器结梅，也可以减少升温时间。但在用这种方法时，控制电路的参数，要按严公差要求，以保证在正常工作条件下的良好稳定度。精心设计的单层恒温器能将环境稳定比率保持在500: 1左右即在环境温度变化50C 时，内部温度变化0.1C)。它足以能够使振荡器的宽温范围温度系数减少到1x 10- !. 0/ C的级。3.2.4.2 双层恒温器定度更高的地方，则需要进
21、步隔绝环境的影响，要实现环境稳定比率接近5XI0:1，可用图8所示的双层恒温器控制。晶体元件和射频电路都装在内恒温器晶体腔里，再把内恒温器连同控温电路、稳压器等放进较大的外恒温器里面。这样全部电子线得到了保护，而不受外界环境温度变化的影响了。在外界环境温度变化25L或更大时，内恒体腔的温度就能稳定到0.001C左右。在正常工作条件下，双层恒温晶体振荡器的频寇度达到(1，.2)X10-11/d，总的频率温度系数可低于10-12/，C。双层恒温结构的升温时间和稳定时间都比单层恒温的要长，而且还要增大功耗和体积。为了使双层恒温的长期稳定度与它改善了的温度特性相协调，双层恒温精密振荡器都习惯采用最好的
22、泛音晶体元件如s五次泛音的2.5MHz或5MHz晶体。图9以表格形式综合了不同类型振荡器的有关特性。10 出az-za-E 一SJ/Z 9155.2 87 冲放大T AGC 内加热一-一一压lili-J 控内恒器外恒温控11 双层惶温振荡器(OCXO)图8振普通晶体振荡器(PXO)原控晶体报(VCXO) 温补晶体振一荡器(TCXO)u! 器(主在层恒温4温晶器(OCXO)双层恒范喜i-550105 ; E4090 -20.，70工;。.-.500(;-55 105 c -40.900C -20.,70oc 。，.50 c -55105 c -400900C -20070寸。，-.，50-c -
23、55105 C -40n90C -20, .70c 。，.50 c SJ/Z 9t55.2 87 ._.-. 中偏土25X10-6士15X 10-6 土10X 10-6 土4x 10- 6 士0.5X10帽。.，5x10-6土0.3x 10- 6., 3 X 10-6 士0.2x 10-6,.2 x 10-6 士0.1x 10-6,.1 x 10- 6 土0.1x 10- 72 x 10-:1: 0.1 x 10-7N1 x 10-7 士0.5x 10- 81 X 10-7 土0.5x10-8.5x10-s士3X 10-9 土lx10-9土5x 10- 10 士1X 10-10 图9各类晶体振
24、荡器的特性4 醺黯器性能规范及其一叫一 输入功率5,.100mW 2.80 15rv200mW 2,.80 l.10W 100, .,200 5,-,40W 1000.5000 -一晶体振荡器绝大多数用户主要关心的特性就是振荡器输出频率的稳定度。其它参数，诸如输出电平、电据要求、固定装置等等，尽管都应规定，但无论如何也是处于次要地位。定度这一性能的规范和测量，经常引起晶体振荡器用户和供货方之间产生误解和1响。任何振荡器所产生的信号都是由有限带宽的谱线掏成的，而不是纯净的单音。频谱分布的大致形状一般都像图10所画的那样，具有一个十分狭窄但又有一定带宽的强谱线，一个近乎白色的宽带本底噪声谱，以及主
25、谱线附近的增强噪声信号。此外还可能有由谐波响应和杂波响应产生的一些弱谱线图10中没有画出)。我们将会发现主谱线的平均频率或中心率是随各种环境因素而漂移的，这些环境因素包括温度、电游、电压、加速度、冲击及电气负载等等。因此，研究振荡器性能规范及其训孟时都应考虑所有的环境因素。为了方便起见，我们人为地把相对于恒定频率的频偏分为两种z一科I是由环境条件引起的，另一种则实质是随机的。然而应切记，这两种频偏或大或小都是始终存在的，而且不能用实验方法加以分开。12 SJjZ 9155.2 87 4.1 环境影响这一类包括了诸如电源电压、温度、电气负载、机械负载、机械振动和冲击等所有扰动的影响，以及晶体元件
26、频率老化、电路元件长期老化等已知机理的作用。有关这些影响的测法在这里不详细讨论了，可查阅SJjZ9155.1 87 (IEC 679 1)标准。一般说来，一种因素造成的频率化系统，可通过在试验期间严格控制住所有其它因素不变，而使所讨论的那一个因素产生较大变化的办法来确定。即所讨论的那个因素造成的频率变化系数，可根新工作状态稳定后输出频率平均值的变化来测定。在这变化之前和变化之后都要进行足，以保证平均频率的测量符合精度要求。在这个因素产生变化之后，在相当长的一段时间内进行测量振荡器频率是有好处的，只有这样才能确定瞬态影响及稳态影响。在某些情况下(如研究环境温度对TCXO或OCXO频率的影响时)，
27、瞬态影响可能比稳态频偏大好几倍.如果它对使用来讲是重要的话，就应该规态(以及稳态性能。如果是这样办的话，就应记住还要规寇确切的试验方法，因为，.、mU NMV间。v-30 耀-60 -90 呻120-t50 有限谱钱的宽度忐增强噪声白白燥声南-CHZ 也图10晶体振荡器典型的出功率谱13 SJjz 9155.2 87 态现象受扰动特性影晌是十分严重的。频率老化或长期频率漂移主要是由于振葫器稳频用晶体元件的变化造成的。当然电子元件也会产生长期老化，对振荡器老化也有影响。要把这两个影响分开一般是不可能的，通常老化是指在所有环境因素保持恒定条件下、整个振荡器总的、冲击等机械扰动实际上会调制石英片的弹
28、性参数，从而使振荡器信号产川。精心设计可以使晶体元件对机械扰动的敏感性降到很小，专门的封装技术能提供晶体及荡器对某些机械环境的隔离(7J带，但还不能完全消除这些影响，特别是对宇航环境仍然要考虑。4.2 了上述环境的影响外，振荡器输出频率还受电路有源器件的电晶体元件的固有噪声所恶化。晶体元件噪声一般是由谐振子结构的某些缺陷，如电极和石英表面附着力不强、支架结掬接触不良等缺陷造成的。这些缺陷通常造成谐振子频率与激励电平有强烈的依从关系，使振子等效参数电阻、电感随激励幅度变化而改变。这些特性的测量，可用于选择无过量频率噪声的特殊用途的晶体元件。出信号是由一个单频分量和振荡器本身的宽带热噪声和散粒的，
29、这噪声谱的形状由振荡器网络的窄带放大器特性决定。所以研究振荡预计这些噪声的影响。虽然噪声信号和振荡回路的准确相互影响是个极为超越本标准范围，但还不难做出某些般性结论。首先，很清楚，改善振荡级和第一级缓冲放大器的信噪比就会改善信号的随机相位起伏。采用高电平激励的振荡器及选用低噪声有源器件就能做到这一点。改善晶体元件的Q值，就能设计出频带更窄的反馈网络，从而使输出频率附近的增强噪声带宽变窄。振荡出信号谱的一般形状如圄10所示，自噪声电平由放大器级的噪声贡献确寇p载频附近的增强噪声形状由振荡器选频网络确定，载频谱线的有限宽度与晶体元件Q值，网络形式及低电平级的低频噪声即1/1噪声特性有夭。像电源纹被
30、调制或机械振动等系统性扰动也会产生离散边因为、电气元件的过电叠加而成出信号就可以的问题，已经出电压等于来样瞬间频和噪声的矢，很，在任一有限时间W.VC = 、，-AWm sb町，、-D-、JA-sh E-E 1 、.，aTUI-，飞a町，z、-，A一间隔测得的平均角频率将取决于该采样间隔始末时刻的瞬时电压矢量相位，因此平均角从一个间隔到下一个问隔不会完全相同。大量频率测量的标准偏差一般是采样时间长度的函数，并发现它跟采样时间的美系类似于图11。因11给出的是5MHz精密振荡器多组频率测量的标准偏差眼采样时间的典型关系曲线。标准偏差的大小跟的准确依赖关系因振荡器而官井，但曲线形状一般全都如此，除
31、非存在系统性偏离如周期性温度变化等。* 14 111 1俨?s 10-10 10-11 -10-12 0, 3 10-3 SJjz 9155.2 81 一一一一一一一10-2 11 t 乍一F10 、.1由。国11典型精密晶体振荡器的须等主圳量标准偏差平均采样时间的关系-，加1 000 T(sl 如果振荡器输出信号的短期频率(或相位稳定度在具体应用中是重要的话，则必须规定其稳定度要求和测量方法。目前还没有适用于这方面的公认标准，而SjZ9155.1 (IEC 679一1号)标准讨论了推荐用的量度及测量技术。5 撞噩噩参踉规范前面条目简述了几种通用型晶体振荡器的各种性能参数。对于实际应用的具体振
32、荡器规范可以规定全部特性参数，也可以规定其中任何一种，这取决于工作系统所给定的允许偏差，此外，还要完整地规定振荡器与系统之间的电气接口以保证互换性。表I概适了需要考虑的重要参数。规范应清楚指明适用参数的允许偏差要求。表中所列的一些参数半身就说明问题了，而其宫一些在前面条目已经解释了。在本条目中就三个参数，主要是稳定时间、频率调节范围和稳态稳寇度，进行较为详细的讨论，因为这些参数的规范能大大影响振荡器整件的戚本和复杂程度。15 SJjZ 9155.2 87 表I典型振荡器参数一览表1 2 的频率跟时间b)频率跟负载包括幅值和相角c)频率跟电压包括直流母线上的噪声调制电压d)频率跟温度包括以稳态和
33、瞬态温度变化为函数的频率变化。允许的规定机3 I振荡器电掘要求的电压一一包括标称电压、稳压、纹波及电磁干扰要求b) c) 绅棒铺排态一一直流、高频、屏蔽4 的波形-一如适用，包括上升时间和下降时间b) c) d) e) f) 6 、，、.，、，、，、，Fhr、.，、，abedeab 5 围一-贮存温度和工、冲击、加速度一一经受住的和工作的, 5.1 稳定时间要是没有应深入研究考虑的细节，这个参数规定起来是完整的规定。经常产生误解的问题是s基准频率是切断电源前后振荡器的频率。另-个难题是z稳定时间是振荡器断电时间长短的函的函数。然，规范不可能包罗所有的条件，所以，最佳方案是选出现的典型条件列在规
34、范中。但要注意不能规定过严，因为戚本跟性能是直接成比例的。如果对于连续使用的振荡器，规范中放宽或不规定稳定时间的要求用下列途径中的一条或多条就能得到较短的稳定时Jt:lJ& 1)较高的输入功率。这就要有一个单独的较大的电响、.的，因此往往是难，还.fi达到，同时又是接通电出预期应用时很可能时间不是美键要求节省费用。采的加热器，出功尺寸较小，需用使戚本增加，特别是用杜的稳定性简述如下s，从而成本有所提高。料隔热时。2)，.刀，也墨J。3)隔热好。不同类型16 SljZ 9155.2 &1 5.1.1、普通晶体振荡器(PXO)不要求稳定时间指标。这种晶体振荡器通电后的频率漂移，主要是由于设备度变化
35、引起的。这种频率漂移的大小取决于初始温度、最终温度及晶体振荡器的温度特性且32.1条) 5.1.2 温度补偿晶体振荡器(TCXO)电后，一般不要求稳定时间指标。这是因为把由内部加热引起的很小频率漂移已在温度稳定度这指标中去了。但是，如果振荡器温度是突然改变的话，则对稳定时间要有所要求。温度突变在晶体元件和补偿网络之间形成温度梯度，这个特性是TCXO所特有的。如预计使用中会有温度突变，那么在振荡器规范中就应包括这-特性。在温度变化低到1 C jn，.in时瞬时频偏可达1X 10-6或更大，其大小跟振荡器机械结构有关。5.1.3 恒温晶体振荡器(OCXO)(单层恒温跟其它类型晶体振荡器相比，这类振
36、荡器的求振荡器有相当高的频率稳定度，又要求间可作。切，因为应用上既电源8h后，在一40c条件下某-的典型稳定性参数如下E通电后时间率误差10min士1X10-30min士1x 10- 2h 0 (基准频率5.1.4 恒温晶体振荡器(OCXO)(双层恒1在南稳晶体振荡器的许多应用中，经常用它作频率标准，因为是用在连以这类振荡器的稳定时间是次要参数。但有时也需要断续工作，或者要求在电能快速复原，这时稳定时间就成为主要的了。一般说来，双层恒温长，这是因为z1)容纳的物质多，2)规定的频率稳定度高，8)同单层恒温晶体振荡器相比，切断电源24h后，在-40 c条件下双层恒温电后时间30min 4min
37、24h 5.2频率调整范围泛音晶体。的典型稳定时间为s率误差土1X 10-8 土5X10-1O。基准频率行状态，所故障排定时间比较显然，振荡器应有足够的频率调整范围，以便在振荡器规定的寿命期间，能随时把频率到标称值上。从理论上讲频率调整范围应是，两倍老化率(既覆盖正向老化，又覆盖负向老化乘以预期寿命时间，再加上跟弥补初始制造公差、杂散电容和负载电容偏差有关的富。实际上，频率调整范围可以比理论值小一些，理由是z频率老化不是线性的，通常随时间增长而减小，对于精密晶体振荡器，晶体的制造公差一般已经靠精细选用负载电容被校准过了。调整范围和调整分辨率这两项要求之间可能产生矛盾。如果要求高分辨率的频17
38、SJjZ 9155.2 81 整，想用同一个控制装置既要达到高分辨率，又要得到想要的调整范围，这实际是不可的。如果不采用频率粗调和细凋两套调节机构，要想达到1x 10-0频率调整范围和1x 10币10 分辨率是困难的，所以有时需要粗调和细调装置。下面叙述几种振荡器的频率调整特性。5.2.1 普通晶体振荡器(PXO)普通晶体振荡器的频率调整范围取决于所用石英晶体元件的质量。为了能调整晶体元件在预期寿命期间的老化?振荡器应提供足够的调整范围。对于伸缩、弯曲和面切变振动模低频晶体元件，调整范围可到士100XlO-8而厚切变模(AT、BT型气密晶体，土25X 10-6或士50x10-6的调节范围就不算
39、小了。因为普通晶体振荡器频率稳定度受晶体温度数的限制，通常至少在10x 10- 6 - -20 x 10-8，所以频率调整分辨率为1X 10-6就够用了。5.2.2 温度补偿晶体振荡器(TCXO)由于TCXO比PXO稳定度要好，老化率也低，所以它的频率调整范围可以明显减少。TCXO用的DA型外壳晶体的典型初始老化率为5X 10-9 jd，如果按线性推算下去，则在五年使用期后的累积老化约在9x 10-6。由于既要覆盖正向老化，又要覆盖负向老化，则需要的整范围为18x 10-6。实际上由于老化率随时间而减小，TCXO的典型频率调整范围约在土4x 10-6左右。5.2.3 恒温晶体振荡器(OCXO)
40、(单层恒温恒温晶体振荡器的频率调整范围取决于使用的是基频晶体还是泛音晶体。与基频晶体元件相比，泛音晶体的老化率要1些，而其扰干扰性要高些，因此频率调整范围势必小一些，假定单层恒温振荡器用的是基频晶体元件，则调节范围和前述TCXO的调整范围差不多。由于恒温晶体的工作温度比TCXO要高，致使它有较高的初始老化率，所以典型频率调整范围是土5x 10-6。5.2.4 恒温晶体振荡器(OCXO)(双层恒温为能达到最优良的频率稳定度，这类振荡器一般都使用泛音晶体，起初，老化率为5X10-10jd或更小，而后随时间增长而改善。假定晶体制造公差已被选用的固定电容器了，只用频率调整来修正老化的话，那么土0.5x
41、 10-6的频率调整范围就足够了。5.3 稳态温度条件下的频率稳定度接通电源后晶体振荡器频率与时间的特性可用图12的曲线描述，就像5.1条讨论的那样，该曲线必须在图中阴影区域内。稳定过程中，频率可能按A曲线方式变化，也可能按B曲线方式变化，这是由通电时某些条件历诀寇的。这些非线性的曲线是由于石英片热应力和整个振荡器内部的温度梯度造成的。假定振荡器整体处于均匀的温度环境，所有的温度梯度都为零，这时就是稳定状态。当18 , SJ/Z 9155.2一盯接通电jjffi、后稳定过程的限定把雷图12刚通电后ocxo的典型频率稳定性能然，只需观测温度的一!背影响2率-环境温度特性曲线跟晶体的频率温度特性曲
42、线十分相近。对于TCXO，它的频率-环境温度特性是一个经过褂偿的特性曲线。罪-对于OCXO(单层或现层)，频率-环境温度特性取决于恒温器佳能及晶体在恒温点度的频率温度系数。从理论上讲，除非振荡器永久保持在恒定温度下，否则振荡器总是会有一点温度梯度的，幸好，温度梯度随时间呈指数下降，所以通常在恒定温度环境下振荡器工作45min，可以把温度梯度减小到可以忽略不计的地步。6 严晶活页的性的为了指导晶器规范的编制工作，下面列出了各种参数的一览表。表内黑体字表示19 SJ/Z 9155.2 87 的那些特性是任何场合都要规定的，而其它一些特性则是在需要时给予规定的。对单提供给制造方，用以指导完整地规定具
43、体型号要求的各种参数。定购振荡器的用户也就能够更准确地估适。适用于特殊情况的，也可器的工作环境、性能特性所体振荡器对他的用途是否合本核对单还能在用户感到需要对特定应用提出进行新型振荡器设计时帮助用户，提醒他们注意那些需要确定的各种工作条件和性能特性。下表参照的是SJ/Z9155.1 87 (IEC 679 1)标准的有关部分。!l显然，不需对每一用途都要规定表中所列的全部参数，而只需规定对特定场合是重要的那些参数。把非关键性参数YIJ入规范，或过于强求了本不需共严格的公差妥求，都会使成本过高。要1 说明性内容1.1外形尺寸1.2摆端及电气1.3标1.4固定装置1.5重2 工作条件2.1电源电压
44、2.2工作温度范围2.3负载阻抗2.4输入功率2.5峰值输入功率2.6稳态功率2.7可工作温度范围2.8贮存温度范围3 频率特性3.1标. 3.2 先3.3频率温度特性3.4频率负载系数3.5频率电压系数3.6频率老化求3.7频率调整和/或频率可调性3.8短期频率稳定度3.8.1频域相位噪声3.8.2时域20 5.1 (IEC 679 1) 7.2 7.1 4 3.12 8.2.3 8.2.3 8.2.3 3.13 3.7 3.8 8.2.5 8.2.6 8.2.7 9.3.1 8.2.9 8.2.22 8.2.22.1 8.2.22.2 备只用于ocxo只用于ocxo 注要3.9稳定时间3.
45、10重现性求3.11热瞬变时的频率稳定性4 输出特性4.1输出电压或输出功4.2输出4.2.1正弦波谐波失真杂波振荡4.2.2脉冲上升时间和下降时持续时间对称性4.2.3准正弦被4.2.4逻辑电平4.3输出阻抗4.4互4.5输出抑制4.6调幅指数4.7调幅频率响应4.8调幅失真4.9调频频偏4.10调频失真4.11调频频率响应4.12脉冲调幅4.13寄5 输入特性5.1调幅输入阻抗5.2调幅灵敏度5.3调频输入阻抗5.4 5.5脉冲调幅输入阻抗6 环境特性6.1温度剧变(空气中热冲击6.2 6.3振动6.4冲击6.5稳态加速度6.6低气压6.7气候顺序试验SJ/Z 9155.2 87 续表91
46、55.1 EC 679 1) 有关条8.2.17 8.2.10 8.2.8 8.2.11 8.2.12 8.2.20 8.2.2J 8.2.14 8.2.14 8.2.14 8.2.14 8.2.13 8.2.15 8.2.16 8.21.8.1 8.2.18.4 8.2.18.3 8.2.19.1 8.2.19.3 8.2.19.4 8.2.18.5 8.2.18.7 8.2.18.6 8.2.18.2 8.2.19.5 8.2.19.2 8.2.18.6 9.2.4 9.2.5 9.2.6 9.2.7 9.2.8 9.2.9 9.2.10 备OCXO, TCXO TCXO, OCXO TC
47、XO 多路输出振荡器门控振荡器注SJjZ 9001.4 (lEC 68 2 14Na试验)SJjZ 9001.24(IEC 68 2 29Eb SJjZ 9001.18(IEC 68 2一6Fc试SJjZ 9001.23(IEC 68 2 27Ea试验SJjZ 9001.27(IEC 68 2一7Ga试验SJ jZ 9001.7 (IEC 68 213M试验SJjZ 9001.1 (IEC 68 1) 21 Sl/Z 9155.2 87 续表要求SJ/Z 9155.1-87 (IEC 679 1) 有关条款备注6.7.1干热6.7 .2湿热循环，第一个循环6.7二3寒哼6.7.4湿热循环，其6
48、.8湿热民期暴露6.9盐雾6_10 7 机械恃性7.1接端强度7.1.1接端抗张强度1.1.2线接端抗挠性7.2密封试验7.2.1试验A7.2.2试验B1.3可焊性7.4清洗剂i呻浸溃8 其它8.1绝缘电阻8.2耐电压8.3电磁干扰9.2.10.1 9.2.10.2 9.2.10.3 9.2.10.4 9.2.11 9.2.12 9.2.13 SJjZ 9001.3 (IEC 68 2 2 Ba 试验SJjZ 9001.6 (IEC 68 2 30 Db试验SJjZ9001.2 (IEC 68 2 1 Aa试验SJjZ 9001.6 (IEC 68 2 30 D SJ jZ 9001.5 (IEC 68 2 3 Ca试验SJjZ 9001.14(lEC 68 2 11 Ka 试验SJjZ9001.13(IEC 68 2 10 J试验9.2.1 9.2.1.1 9.2.1.2 9.2.2 9.2.2.1 9.2.2.2 9.2.3 SJjZ 9001.33(IEC 68 2
