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石英晶體振蕩器時鐘精確度生成的主要成份

來源：http://www.ike-digital.com 作者：konuaer 2014年08月27

石英晶體振蕩器的最大賣點是能夠在各種負載與溫度條件下產生恒定頻率。在石英晶體振蕩器中，當把電壓源施加到晶體，其會產生機械攝動，進而產生特定頻率（又稱為共振頻率）的電壓信號。所產生的頻率取決于晶體的形狀與大小，因此晶體在切割之后就不能再用于任何其它頻率。晶體越薄，則共振頻率越高。晶振的等效電路：石英晶體可以建模為如圖2所示的LCR電路。

數字邏輯已經成為當今所有電子電路的核心，無論是FPGA、微控制器、微處理器還是分立邏輯。數字系統采用必須互連在一起以執行所需功能的眾多組件。確保此類數字系統正常運行的要素是實現所有數字組件之間通信以及在其之間建立同步的時鐘信號。因此，我們始終需要一種源頭來生成這種時鐘信號。信號源采用振蕩器的形式。雖然當今大多數微控制器具有集成RC振蕩器，但是這種內部RC振蕩器生成的時鐘質量往往不足以支持與系統中其它模塊通信所需要的精度。

因此，需要采用能夠為整個系統提供時鐘信號并且滿足對精度、信號完整性與穩定性等一切要求的外部振蕩器。本文主要介紹在各種溫度和時間下生成精確時鐘的振蕩器的不同方面。

所涵蓋的主題包括：晶體振蕩器 – 振蕩的基本標準 ● 石英晶體振蕩器 ● Q因子及其重要性 ● 不同類型的晶體振蕩器，以下給一些常用的振蕩器英文字母作出詳細說明：（VCXO）壓控晶體振蕩器

（TCXO）溫補晶體振蕩器

（OCXO）恒溫振蕩器

（VC-TCXO）壓控溫補振蕩器

（OC-VCXO）恒溫控制壓控振蕩器，常用的振蕩器英文字母的代表。

那么什么是振蕩器？在電子學中，任何無需輸入即可生成重復信號的電路都可以稱為振蕩器。簡而言之，振蕩器把DC能量轉換成預期頻率的AC能量。振蕩頻率取決于設計振蕩器時所采用的元件的常數。振蕩器電路一般采用具有正反饋的放大器；為了維持振蕩，電路必須遵守巴克豪森標準；也就是說，閉環振蕩系統的增益必須是整數，而圍繞環路的相移必須為2nπ，其中‘n’可以是任何整數。

在最初激勵時，電路中的唯一信號是噪聲。由于正反饋機制，符合振蕩頻率與相位條件的噪聲分量會在系統中傳播并且幅度不斷增大。信號幅度不斷增大，直到受到有源元件自身內部特性或者外部自動增益控制（AGC）單元的限制。建立振蕩所需時間取決于多種因素，如：噪聲信號的幅度與環路的增益等等。有各種振蕩器可以用于建立振蕩，如：RC振蕩器、LC振蕩器與石英振蕩器。但是，就一定溫度與時間范圍內的精度與準確度而言，石英振蕩器是首選，因為其具有高Q（104 ~106范圍內，相比之下LC為102，后文詳述），這有助于在溫度與時間范圍內達到更高的穩定性。

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