晶体振荡器特点z 在振荡频率上，闭合回路的相移为 2nπ。z 当开始加电时，电路中**的信号是噪声。满足振荡相位条件的频率噪声分量以增大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络的带宽决定。z 幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某一自动电平控制而被减小。z 在稳定状态下，闭合回路的增益为 1。 振荡与稳定度z 如果产生相位波动 ϕ Δ ，频率必然产生偏移 f Δ ，以维持 π n 2 的相位条件。对于串联谐振振荡器， L Q ff 2// ϕ Δ − =Δ ， 是网络中晶体的负载值Q值。“相位斜率”L Qdfd / ϕ 是与靠近串联谐振频率的 成正比的（见第三部分“等效电路”和“频率与电抗的关系”）。L Qz 大多数振荡器均工作在“并联谐振”上，电抗与频率斜率的关系 ，即“逆电容”是与晶体器件的动态电容 C1成反比的。dfdx /z 相对于振荡回路中的相位（电抗）波动的*高频率稳定度来说，相位斜率（或电抗斜率）必须*大，即 C1 应当*小，而 应当*大。石英晶体器件的高 值和高的逆电容，决定振荡器元件的基本频率（或频率稳定度）。L Q Q 可调性和稳定度要使振荡器谐调在宽的频率范围内，就会降低其稳定度，因为要使振荡器按要求进行调谐，同时也会使振荡器容易受不合要求的调谐因素影响。调谐范围越宽，就越难以保持高的稳定度。例如，如果设计 OCXO 的短期稳定度在某一平均时间为 1×10-12，而可调性为 1×10-7，则晶体的负载电抗在上述平均时间必须稳定在上 1×10-5。要获得这样的稳定度使困难的，因为影响负载电抗的因素有：寄生电容和电感、变容二极管的电容与电压特性的稳定度，以及加在变容二极管上的电压的稳定度。此外，1×10-5 的负载电抗稳定度不仅必须在开始条件下保持，而且在环境条件（温度、振动、辐射等）变化时，也必须保持。同时，高稳定度 10 MHz 的恒温压控晶振的频率调整范围为 5×10-7，老化率为 2×10-8/y，而宽调谐范围的 10 MHz 压控晶振的调谐范围为 50 ppm，老化率为 2 ppm/y。 每一种 OCXO 都主要由三部分组成，即石英晶体，持续电路和恒温，他们都会引起不稳定。不同情况下的不稳定将会在第 3 章余下的部分和第 4 章中讨论振荡器的不稳定性——通常表达式 这里的QL是谐振器受到的载荷Q，dφ(ff)是在闭合电路发生小变化后，远离信号频率f的偏移频率ff相位。系统的相位变化和闭合电路中的相位噪声来自于谐振器或持续电路。取QL的*大值能有效减小噪声的影响和由于环境引起的持续电子装置的改变。在一个实际的振荡器设计中，谐振器在偏移频率影响下的短期不稳定性比谐振器的半带宽要小，且由于持续电路和从闭合电路中大量能量的的传送会引起更大的偏移。 持续电路引起的不稳定性负载电抗变化—增加一个负载电容到晶体上来改变频率，设例如：如果 C0=5pF，C1=14pF，CL=20pF，则△CL=10pF(=5×10-4)引起约 1×10-7 频率变化，而 CL 老化率是每天 10ppm使得振荡器的老化率为每天 2 X 10-9激励电平变化：对于 10MHz 的3 次泛音 SC 切，一般每毫安平方 10-8。晶体的直流偏压也能引起振荡器的老化。 调谐电路引起的不稳定性许多振荡器包含调谐电路比如匹配电路和滤波器，为了防止不必要的模式。在调谐电路里的感应系数和电容量在小变化后的影响由下给出 这里的 BW式滤波器的带宽，ff是滤波器相对于中心频率的偏移频率，QL 是谐振器上的载荷 Q，QC，LC 和 CC 分别是调谐电路的 Q值，感应系数和电容量。 电路噪声引起的不稳定性由持续电路中闪变 PM噪声 引起的闪变 FM，对振荡器的输出频率有着一定的影响这里的ff是载波频率f的偏移频率，QL是振荡器电路上的载荷Q，Lckt(1HZ)是f=1HZ时的闪变 PM 噪声，τ 时任意测量时间内的闪变基底范围。对于QL=106 和Lckt（1HZ）=-140dBc/Hz，σy(τ) = 8.3 x 10-14。 ( Lckt (1Hz) = -155dBc/Hz 已经能够实现.) 外载荷引起的不稳定性如果外载荷发生变化，反射回振荡器的电波振幅或相位也会随着改变。到达振荡回路的一部分信号改变了振荡器的相位，因此频率变成：( 这里 Γ 是载荷的电压驻波，θ 是反射波的相位角。 振荡器的输出大多数用户要求正弦波输出，或者 TTL 兼容，或者 CMOS兼容，或者 ECL 兼容输出。后三种输出都可以正弦波产生。现在对 4 中输出类型说明如下。虚线表示输入电压，实线表示输出。对于正弦波振荡器来说，对于正弦波振荡器没有“标准的”输入电压。CMOS 的输入电压一般为 1~10V。 振荡器的温度自测 fβ 是振荡器正在振荡时的振荡器温度，因此除了振荡还要消除温度计的需要。因为 SC切型时热瞬时补偿，由于受到温度和振荡下的温度梯度的影响，热瞬时效应也被消除。 热拍频率的产生低通滤波器X3 增加器M=1M=3f1f3双模式振荡器fβ = 3f1 - f3混频器 微机补偿石英振荡器使用高稳定性的 10MHz Sc切型石英晶体谐振器和双模振荡器，这能同时激发谐振器的和 3 次泛音模式。拍频率可以是基频模式乘 3 然后减去 3 次泛音频率，如图所显，或者 3 次泛音频率除 3，这样得到拍频率 fβ = f1 - f3/3。如前图所式，拍频率是单调的并且几乎是温度的线性函数。它提供了一个高精度，数字显示的振动范围的温度，因此就不需要外加的温度计。 微机补偿晶体振荡器 微机补偿晶体振荡器频率相加方法结构图 在频率叠加方法中，直接数字频率合成器（DDS）基于 N2 产生一个校正频率 fd，从而在所有温度情况下 f3 + fd = 10MHz。相位锁定回路把电压控制晶体振荡器的频率**的控制在 10MHz。在“频率模式”中，1PPS的输出是从 10MHz 除以一些数得到的。在能量守恒的“调速方式”中，1PPS 是直接从 f3 驱动直接数字频率合成器，并通过使用不同的校正公式产生的。锁相环和一部分数字电路被关闭。在校正的同时，微处理器准备“休眠”，并且定时被延长来减少能量的需求。 微机补偿晶体振荡器——脉冲消除方法 在脉冲消除方法中，SC 切型的谐振器频率要稍微高于输出频率 f0。比如，如果 f0 为10MHz，则 SC 切型谐振器的频率在设计的温度范围内都要略高于 10MHz。双模振荡器提供两种输出信号，其中之一 fβ 为谐振器的温度指标。信号均由微机进行处理，它根据 fβ 来确定对 fc 的必要修正，然后从 fc 中减去所需要的脉冲数，以得到校正输出 f0。在适时修正间隔(~ 1 s)内不能减去的小部分脉冲被用作进位脉冲，所以长期平均值在±2 x 10-8设计准确度内。PROM 中的校正数据对每个晶体来说都是**的，并且根据 fc和 fβ 输出信号的精密温度特性获得的。已校正的输出信号 f0 能够再分频，来产生 1pps 的时间参考或能够直接用来驱动时钟。由于在脉冲消除过程中产生了有害的噪声，必须对附加信号进行处理，以提供用于频率控制的有用频射输出。例如，可以通过锁定 VCXO 的频率 f0 把 MCXO 的频率准确度传递给另一个低噪声低成本压控晶体振荡器（VCXO）来完成这项工作。 微机补偿晶体振荡器—温度补偿晶体振荡器比较参数 微机补偿晶体振荡器 温度补偿晶体振荡器切型及泛音 SC 切型 3阶 AT 切型 1阶允许切角误差 大 小金属封装误差 大 小入射倾角 次要 重要滞后现象(-550C 到 +850C) 10-9 到 10-810-7到 10-6年老化率 10-8 到 10-710-7到 10-6 光电子振荡器