對(duì)于中等穩(wěn)定性的晶體控制振蕩器,其中既不需要溫度補(bǔ)償也不需要烘箱操作,有三個(gè)主要參數(shù)：輸出波形,頻率和精度/穩(wěn)定性.
A.輸出.絕大多數(shù)系統(tǒng)需要晶體振蕩器輸出,這是PECL兼容,CMOS兼容或遵循一些其他標(biāo)準(zhǔn)接口.這些輸出中的任何一個(gè)都可以由跟隨晶體振蕩器級(jí)的電路簡(jiǎn)單地產(chǎn)生.一些常見的邏輯電平如圖1所示.
　　B.Accuracy/穩(wěn)定性.振蕩器規(guī)范中最基本的元素是輸出頻率.但是,在任何給定時(shí)間,振蕩器的輸出頻率將與所需的指定頻率不同,從而導(dǎo)致頻率誤差.此錯(cuò)誤由三個(gè)主要組件組成：
　1.初始準(zhǔn)確性.這通常定義為振蕩器制造商在出廠時(shí)25°C時(shí)振蕩器輸出頻率與指定頻率之間的差值.在指定精度時(shí),假設(shè)用戶沒有調(diào)整振蕩器輸出頻率的規(guī)定.當(dāng)包括頻率調(diào)諧控制時(shí),不再需要指定精度;相反,調(diào)整調(diào)整的范圍和可設(shè)置性變得更加重要.
　2.溫度穩(wěn)定性.圖2顯示了晶體頻率與溫度的典型特征.它是圖3中所示的一系列曲線之一.
　　圖3顯示,一個(gè)極端曲線A在室溫附近具有相對(duì)平坦的斜率(良好的溫度穩(wěn)定性),但在高溫和低溫下具有非常頻率敏感性.另一個(gè)極端曲線B在室溫附近顯示出更高的靈敏度,但在寬溫度范圍內(nèi)也提供了整體最佳溫度穩(wěn)定性.
　　切割石英晶體的角度決定了特定晶體的溫度特性.根據(jù)每個(gè)單獨(dú)的晶體振蕩器要求,選擇該系列曲線的適當(dāng)特性.在精心設(shè)計(jì)的振蕩器中,穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系主要取決于晶體的溫度特性,振蕩器制造商必須選擇符合振蕩器電路的晶體特性,以確保晶體的固有穩(wěn)定性不會(huì)降低.
　　例如,在0°C至+50°C范圍內(nèi)的溫度穩(wěn)定性為±10ppm意味著在指定溫度范圍內(nèi)峰峰值頻率變化為20ppm,與任何特定溫度下的頻率無關(guān).這是普遍接受的溫度穩(wěn)定性定義,在MIL-0-55310中,稱為“頻率-溫度穩(wěn)定性”.
　　如果要求參考溫度與參考值的最大允許頻率變化,則應(yīng)指定為“在0°C至+50°C范圍內(nèi)±10ppm,參考+25°C頻率.”
　　雖然分離初始精度和溫度穩(wěn)定性,但兩者可以組合在一起,為沒有頻率調(diào)諧調(diào)節(jié)的振蕩器指定總體允許誤差.適當(dāng)?shù)男g(shù)語是“頻率-溫度精度”,它是在給定溫度范圍內(nèi)與指定標(biāo)稱頻率的最大允許偏差. 　　3.老化(長(zhǎng)期穩(wěn)定性).老化是指晶體工作頻率隨時(shí)間的連續(xù)變化,所有其他參數(shù)(溫度,電源電壓等)保持不變.晶體加工越好,老化速率越低(即長(zhǎng)期穩(wěn)定性越高).數(shù)字
　　4.顯示典型的老化曲線.它說明當(dāng)制造商最初開啟晶體振蕩器時(shí),晶體會(huì)迅速老化,但其穩(wěn)定性會(huì)隨著時(shí)間的推移而提高.雖然老化速率通常會(huì)隨著時(shí)間的推移而持續(xù)改善,但大多數(shù)晶體在開啟后的幾個(gè)月內(nèi)達(dá)到接近其最低老化速率.
　　只要晶體電流適中,大多數(shù)時(shí)鐘振蕩器中使用的焊接密封或電阻焊接的AT切割晶體在第一年提供5ppm的典型老化,此后每年提供3ppm(5ppm=.0005％=5x10-6).如果由這種晶體老化程度引入的誤差超過用戶系統(tǒng)中的誤差,可以通過(1)指定在振蕩器中包含頻率調(diào)諧調(diào)整以允許定期重新校準(zhǔn)和/或(2)來克服使用更高質(zhì)量的crys-tal.通過采用真空玻璃或冷焊密封支架中的特殊加工晶體,可以實(shí)現(xiàn)每年1x10-6的老化.由于老化通常會(huì)在中等穩(wěn)定性時(shí)鐘振蕩器中引入整體誤差的一小部分,因此在指定這些器件時(shí)通常會(huì)忽略它.
　　還有許多其他因素導(dǎo)致晶體振蕩器不穩(wěn)定,例如電源電壓變化,負(fù)載變化和物理方向的影響;但是,它們對(duì)于已經(jīng)詳述的主要錯(cuò)誤并不重要,因此不在此時(shí)鐘振蕩器部分的討論中.
對(duì)石英晶體振蕩器Quartzcrystaloscillator總結(jié)
　　總之,對(duì)于大多數(shù)時(shí)鐘振蕩器要求,如果它包括以下電氣元件,則規(guī)范將足夠完整：頻率,輸出電平(波形),電源電壓,初始精度和溫度穩(wěn)定性.
　　當(dāng)整體精度/穩(wěn)定性規(guī)格變得過于嚴(yán)格而無法通過簡(jiǎn)單的時(shí)鐘振蕩器實(shí)現(xiàn)時(shí),可以在以下三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)改進(jìn)：
　1.可以基本上消除初始精度誤差,并且通過如前所述將頻率調(diào)整加入振蕩器中來周期性地補(bǔ)償老化.
　2.如前所述,通過使用更高等級(jí)的晶體可以改善老化,并且使用更高等級(jí)的電路來保持低的恒定晶體電流.
　3.通過使用溫度補(bǔ)償技術(shù)或?qū)⒄袷幤魅菁{在烘箱中可以改善溫度穩(wěn)定性.