FMI Oscillator應(yīng)用筆記
來(lái)源：http://www.zghybn.com 作者：金洛鑫電子 2019年01月10
總部位于美國(guó)的FMI CRYSTAL公司，成立于1971年，是頻率控制元器件的制造商和供應(yīng)商，不僅為通信行業(yè)提供石英晶體和振蕩器，同時(shí)也可以根據(jù)客戶需求提供晶振解決方案。產(chǎn)品應(yīng)用主要分為兩大類，分別是極端環(huán)境和商業(yè)工業(yè)，服務(wù)的產(chǎn)業(yè)有能源勘探、井下探測(cè)、空間、航天航空、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、地?zé)?水熱監(jiān)測(cè)工具、電信、工業(yè)控制、無(wú)線、計(jì)量、光網(wǎng)絡(luò)、流程控制、LAN/WAN、電腦周邊設(shè)備、汽車車載等。
FMI晶振公司比較重視高可靠性晶體振蕩器的研發(fā)和探索，標(biāo)準(zhǔn)商用和極端環(huán)境作業(yè)設(shè)備的振蕩器類型有時(shí)鐘振蕩器，壓控振蕩器，溫補(bǔ)振蕩器，壓控溫補(bǔ)振蕩器等。每一款型號(hào)在市場(chǎng)上都受到用戶的大力贊賞，均采用當(dāng)今世界上最領(lǐng)先的晶振生產(chǎn)技術(shù)和先進(jìn)精密的制造設(shè)備。本文將重點(diǎn)說(shuō)明FMI Oscillator的應(yīng)用和各類振蕩器的規(guī)格特性。
晶體振蕩器是由晶體和振蕩器電路組成的定時(shí)裝置，提供輸出波形在特定頻率。當(dāng)時(shí)鐘晶體放入放大器電路（如圖1所示）時(shí)，少量能量被反饋到晶體，導(dǎo)致它振動(dòng)。這些振動(dòng)起到穩(wěn)定頻率的作用振蕩電路。
圖1.使用晶體諧振器的簡(jiǎn)化振蕩器電路
目標(biāo)頻率
振蕩器的目標(biāo)頻率是振蕩器的所需輸出頻率，以MHz或kHz為單位（兆赫茲或千赫茲）@25°C。應(yīng)指定頻率容差以及目標(biāo)頻率。
整體頻率容差
總頻率容差是與目標(biāo)頻率的允許頻率偏差，指定為最大值以ppm為單位的頻率偏差（百萬(wàn)分率）。偏差被指定為“包含”一組操作con工作溫度范圍，電源電壓，輸出負(fù)載和老化等數(shù)據(jù)。
工作溫度范圍
工作溫度范圍是設(shè)備在振蕩期間將暴露的指定范圍。所有在操作中將滿足諸如總頻率容差，對(duì)稱性和電源電流的規(guī)范溫度范圍指定為最高和最低溫度，單位為°C。
輸出電壓電平（邏輯電平）
輸出電壓電平高或“邏輯1”和輸出電壓電平低或“邏輯0”是電壓閾值必須通過(guò)石英晶體振蕩器的輸出波形達(dá)到。所需的輸出電平取決于振蕩器必須驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型和電源電壓。有時(shí)HCMOS輸出電壓電平表示為電源電壓的百分比。見(jiàn)圖2。
存儲(chǔ)溫度范圍
存儲(chǔ)溫度范圍是器件在非振蕩狀態(tài)下暴露的溫度的絕對(duì)極限，不會(huì)被損壞，并被指定為以°C為單位的最高和最低溫度。
供電電流（Icc）
電源電流是來(lái)自電源的有源晶體振蕩器的電流消耗量，通常是特定的以毫安（mA）為最大電流。
電源電壓（Vdd）
電源電壓是推薦用于振蕩器工作的直流輸入電壓范圍，通常指定作為具有百分比容差的DC電壓。例如：5.0Vdc，±10％是典型規(guī)格。所有細(xì)節(jié)在指定的電源中將滿足諸如總頻率容差，對(duì)稱性和電源電流等tions電壓范圍。
上升/下降時(shí)間
上升時(shí)間是從“邏輯0”到“邏輯1”級(jí)別的轉(zhuǎn)換時(shí)間的度量。下降時(shí)間是衡量標(biāo)準(zhǔn)的一種方法從“邏輯1”到“邏輯0”級(jí)別的轉(zhuǎn)換時(shí)間。上升和下降時(shí)間通常都指定為最大值轉(zhuǎn)換時(shí)間以nS（納秒）為單位。轉(zhuǎn)換時(shí)間是在指定的電壓閾值或特定的電壓閾值下測(cè)量的輸出波形的百分比。見(jiàn)圖2。
對(duì)稱性（占空比）
對(duì)稱性通常也稱為占空比，是輸出波均勻性（或?qū)ΨQ性）的度量。對(duì)稱性是輸出波形處于邏輯高狀態(tài)的時(shí)間的度量，表示為百分比完整周期的年齡（％）。完美對(duì)稱的波形在50％的時(shí)間內(nèi)處于邏輯高狀態(tài)，并且在a中邏輯低狀態(tài)占50％的時(shí)間，并表示為50/50％。典型的對(duì)稱公差為40/60％。緊身的sym計(jì)量被認(rèn)為是45/55％。該參數(shù)在指定的電壓閾值或百分比下測(cè)量輸出波形。見(jiàn)圖2。
開(kāi)始時(shí)間
開(kāi)始時(shí)間是石英水晶振蕩器波形在上電后達(dá)到穩(wěn)態(tài)振蕩所需的時(shí)間，和通常指定為以mS（毫秒）為單位的最大時(shí)間。
三態(tài)輸出
引腳1上具有三態(tài)控制的振蕩器允許輸出進(jìn)入高阻態(tài)。此功能通過(guò)將控制電壓施加到振蕩器的引腳1來(lái)激活。VIH和VIL分別是啟用和禁用三態(tài)功能的電壓閾值。
輸出負(fù)載
輸出負(fù)載是振蕩器可以驅(qū)動(dòng)的最大負(fù)載。它根據(jù)門數(shù)或負(fù)載類型來(lái)規(guī)定電路。例如：HCMOS，TTL和ECL是振蕩器必須驅(qū)動(dòng)的最常見(jiàn)負(fù)載類型。HCMOS負(fù)載通常指定為pF（皮法）的容性負(fù)載。TTL負(fù)載被指定為多個(gè)TTL門。ECL被指定為指定電壓的電阻負(fù)載。圖3至圖5示出了振蕩器測(cè)試電路這里提到的負(fù)載需要。當(dāng)振蕩器可以在所有規(guī)格下驅(qū)動(dòng)HCMOS和TTL負(fù)載時(shí)在操作條件下，命名法與HCMOS/TTL兼容。振蕩器必須驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型是測(cè)量波形參數(shù)（如邏輯電平）時(shí)使用的電壓閾值的決定因素，占空比和上升/下降時(shí)間。
VCXO（壓控晶體振蕩器）
VCXO是一種振蕩器，允許用戶通過(guò)改變施加的控制電壓來(lái)改變輸出頻率引腳1.圖5顯示了VCXO和VCTCXO測(cè)試電路。
控制電壓
控制電壓通常由可施加到VCXO的引腳1的最大和最小電壓指定或VCTCXO振蕩器。對(duì)于5.0Vdc電源電壓，典型控制電壓范圍為0.5至4.5Vdc，0.3至3.3Vdc，3.3Vdc電源電壓。
中心頻率
VCXO或VCTCXO的中心頻率是中心控制電壓@25°C時(shí)的輸出頻率。它被指定為目標(biāo)頻率，其頻率偏離目標(biāo)頻率。目標(biāo)頻率以MHz（兆赫茲）或kHz（千赫茲）表示，頻率容差以±ppm（零件）指定每百萬(wàn)）。例如：20MHz，±25ppm@25°C是中心頻率的典型規(guī)格。
線性
線性度是頻率與控制電壓的最佳直線斜率的最大允許偏差，并且以±％錯(cuò)誤指定。典型的線性度規(guī)格為±20％和±10％。
可調(diào)性
可推移性是輸出頻率相對(duì)于中心頻率的變化，由最小值到a控制電壓的最大變化。它被指定為±ppm（百萬(wàn)分率）。例如，典型的可牽引性規(guī)格為±100ppm，這意味著輸出頻率應(yīng)至少變?yōu)?100ppm和+100當(dāng)控制電壓分別設(shè)置為最小和最大電平時(shí)，來(lái)自中心頻率的ppm。
TCXO（溫補(bǔ)晶振）
TCXO是一種帶溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的晶體振蕩器。一個(gè)典型的整體頻率容差可以通過(guò)TCXO實(shí)現(xiàn)±0.5ppm至±5.0ppm。TCXO網(wǎng)絡(luò)通常包括一個(gè)微調(diào)電容器可用于補(bǔ)償由于老化引起的頻移和/或?qū)⒄袷幤髡{(diào)諧到精確的頻率。定義的許多VCXO術(shù)語(yǔ)（如中心頻率和可移動(dòng)性）也適用于TCXO規(guī)范。然而，在TCXO規(guī)范中，這些術(shù)語(yǔ)指的是修整器范圍內(nèi)的頻率容差和可牽引性電容而不是控制電壓。由于TCXO具有必須可接近的微調(diào)電容器，因此它們是通常不是氣密密封或適合暴露于元素。
調(diào)諧范圍
調(diào)諧范圍是微調(diào)電容或控制電壓可以調(diào)節(jié)頻率的范圍通常指定為最小范圍。例如，±5.0ppmmin。是典型的調(diào)諧范圍規(guī)范。
VCTCXO（壓控溫補(bǔ)振蕩器）
VCTCXO是具有溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的VCXO，可以實(shí)現(xiàn)整體頻率容差類似于TCXO。VCTCXO使用控制電壓而不是微調(diào)電容來(lái)補(bǔ)償頻率由于老化而移位和/或?qū)⒄袷幤髡{(diào)諧到精確的頻率。VCTCXO是密封的。
調(diào)整靈敏度
對(duì)于TCXO，調(diào)諧靈敏度是頻率變化與微調(diào)電容變化的斜率，以ppm/pF為單位。對(duì)于VCTCXO，調(diào)諧靈敏度是頻率變化與控制電壓變化的斜率，在中指定PPM/伏特。
各種負(fù)載類型的振蕩器波形和測(cè)試電路:
圖2.HCMOS/TTL兼容振蕩器的波形
圖3.HCMOS測(cè)試電路
圖4.TTL測(cè)試電路
圖5.VCXO和VCTCXO的TTL測(cè)試電路。Vc表示控制電壓（引腳1）
圖6.PECL和ECL時(shí)鐘振蕩器的波形免費(fèi)輸出
圖7.ECL時(shí)鐘振蕩器測(cè)試電路
圖8.PECL時(shí)鐘振蕩器測(cè)試電路
圖9.PECLVCXO測(cè)試電路
FMI集團(tuán)往下所有產(chǎn)品包括石英晶體，振蕩器，傳感器等，均通過(guò)ISO9001和ISO14001的認(rèn)證，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，制造到出廠，每一個(gè)環(huán)節(jié)都著重注意品質(zhì)，不斷改進(jìn)優(yōu)化每一個(gè)步驟，致力于實(shí)現(xiàn)全部產(chǎn)品擁有最高的質(zhì)量和可靠性，并且在生產(chǎn)過(guò)程中避免環(huán)境污染，堅(jiān)決不使用有害物質(zhì)和國(guó)際規(guī)定禁止的物料，符合ROHS和ESD標(biāo)準(zhǔn)。
FMI晶振公司比較重視高可靠性晶體振蕩器的研發(fā)和探索，標(biāo)準(zhǔn)商用和極端環(huán)境作業(yè)設(shè)備的振蕩器類型有時(shí)鐘振蕩器，壓控振蕩器，溫補(bǔ)振蕩器，壓控溫補(bǔ)振蕩器等。每一款型號(hào)在市場(chǎng)上都受到用戶的大力贊賞，均采用當(dāng)今世界上最領(lǐng)先的晶振生產(chǎn)技術(shù)和先進(jìn)精密的制造設(shè)備。本文將重點(diǎn)說(shuō)明FMI Oscillator的應(yīng)用和各類振蕩器的規(guī)格特性。
晶體振蕩器是由晶體和振蕩器電路組成的定時(shí)裝置，提供輸出波形在特定頻率。當(dāng)時(shí)鐘晶體放入放大器電路（如圖1所示）時(shí)，少量能量被反饋到晶體，導(dǎo)致它振動(dòng)。這些振動(dòng)起到穩(wěn)定頻率的作用振蕩電路。
圖1.使用晶體諧振器的簡(jiǎn)化振蕩器電路
振蕩器的目標(biāo)頻率是振蕩器的所需輸出頻率，以MHz或kHz為單位（兆赫茲或千赫茲）@25°C。應(yīng)指定頻率容差以及目標(biāo)頻率。
整體頻率容差
總頻率容差是與目標(biāo)頻率的允許頻率偏差，指定為最大值以ppm為單位的頻率偏差（百萬(wàn)分率）。偏差被指定為“包含”一組操作con工作溫度范圍，電源電壓，輸出負(fù)載和老化等數(shù)據(jù)。
工作溫度范圍
工作溫度范圍是設(shè)備在振蕩期間將暴露的指定范圍。所有在操作中將滿足諸如總頻率容差，對(duì)稱性和電源電流的規(guī)范溫度范圍指定為最高和最低溫度，單位為°C。
輸出電壓電平（邏輯電平）
輸出電壓電平高或“邏輯1”和輸出電壓電平低或“邏輯0”是電壓閾值必須通過(guò)石英晶體振蕩器的輸出波形達(dá)到。所需的輸出電平取決于振蕩器必須驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型和電源電壓。有時(shí)HCMOS輸出電壓電平表示為電源電壓的百分比。見(jiàn)圖2。
存儲(chǔ)溫度范圍
存儲(chǔ)溫度范圍是器件在非振蕩狀態(tài)下暴露的溫度的絕對(duì)極限，不會(huì)被損壞，并被指定為以°C為單位的最高和最低溫度。
供電電流（Icc）
電源電流是來(lái)自電源的有源晶體振蕩器的電流消耗量，通常是特定的以毫安（mA）為最大電流。
電源電壓（Vdd）
電源電壓是推薦用于振蕩器工作的直流輸入電壓范圍，通常指定作為具有百分比容差的DC電壓。例如：5.0Vdc，±10％是典型規(guī)格。所有細(xì)節(jié)在指定的電源中將滿足諸如總頻率容差，對(duì)稱性和電源電流等tions電壓范圍。
上升/下降時(shí)間
上升時(shí)間是從“邏輯0”到“邏輯1”級(jí)別的轉(zhuǎn)換時(shí)間的度量。下降時(shí)間是衡量標(biāo)準(zhǔn)的一種方法從“邏輯1”到“邏輯0”級(jí)別的轉(zhuǎn)換時(shí)間。上升和下降時(shí)間通常都指定為最大值轉(zhuǎn)換時(shí)間以nS（納秒）為單位。轉(zhuǎn)換時(shí)間是在指定的電壓閾值或特定的電壓閾值下測(cè)量的輸出波形的百分比。見(jiàn)圖2。
對(duì)稱性（占空比）
對(duì)稱性通常也稱為占空比，是輸出波均勻性（或?qū)ΨQ性）的度量。對(duì)稱性是輸出波形處于邏輯高狀態(tài)的時(shí)間的度量，表示為百分比完整周期的年齡（％）。完美對(duì)稱的波形在50％的時(shí)間內(nèi)處于邏輯高狀態(tài)，并且在a中邏輯低狀態(tài)占50％的時(shí)間，并表示為50/50％。典型的對(duì)稱公差為40/60％。緊身的sym計(jì)量被認(rèn)為是45/55％。該參數(shù)在指定的電壓閾值或百分比下測(cè)量輸出波形。見(jiàn)圖2。
開(kāi)始時(shí)間
開(kāi)始時(shí)間是石英水晶振蕩器波形在上電后達(dá)到穩(wěn)態(tài)振蕩所需的時(shí)間，和通常指定為以mS（毫秒）為單位的最大時(shí)間。
三態(tài)輸出
引腳1上具有三態(tài)控制的振蕩器允許輸出進(jìn)入高阻態(tài)。此功能通過(guò)將控制電壓施加到振蕩器的引腳1來(lái)激活。VIH和VIL分別是啟用和禁用三態(tài)功能的電壓閾值。
輸出負(fù)載
輸出負(fù)載是振蕩器可以驅(qū)動(dòng)的最大負(fù)載。它根據(jù)門數(shù)或負(fù)載類型來(lái)規(guī)定電路。例如：HCMOS，TTL和ECL是振蕩器必須驅(qū)動(dòng)的最常見(jiàn)負(fù)載類型。HCMOS負(fù)載通常指定為pF（皮法）的容性負(fù)載。TTL負(fù)載被指定為多個(gè)TTL門。ECL被指定為指定電壓的電阻負(fù)載。圖3至圖5示出了振蕩器測(cè)試電路這里提到的負(fù)載需要。當(dāng)振蕩器可以在所有規(guī)格下驅(qū)動(dòng)HCMOS和TTL負(fù)載時(shí)在操作條件下，命名法與HCMOS/TTL兼容。振蕩器必須驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型是測(cè)量波形參數(shù)（如邏輯電平）時(shí)使用的電壓閾值的決定因素，占空比和上升/下降時(shí)間。
VCXO（壓控晶體振蕩器）
VCXO是一種振蕩器，允許用戶通過(guò)改變施加的控制電壓來(lái)改變輸出頻率引腳1.圖5顯示了VCXO和VCTCXO測(cè)試電路。
控制電壓
控制電壓通常由可施加到VCXO的引腳1的最大和最小電壓指定或VCTCXO振蕩器。對(duì)于5.0Vdc電源電壓，典型控制電壓范圍為0.5至4.5Vdc，0.3至3.3Vdc，3.3Vdc電源電壓。
中心頻率
VCXO或VCTCXO的中心頻率是中心控制電壓@25°C時(shí)的輸出頻率。它被指定為目標(biāo)頻率，其頻率偏離目標(biāo)頻率。目標(biāo)頻率以MHz（兆赫茲）或kHz（千赫茲）表示，頻率容差以±ppm（零件）指定每百萬(wàn)）。例如：20MHz，±25ppm@25°C是中心頻率的典型規(guī)格。
線性
線性度是頻率與控制電壓的最佳直線斜率的最大允許偏差，并且以±％錯(cuò)誤指定。典型的線性度規(guī)格為±20％和±10％。
可調(diào)性
可推移性是輸出頻率相對(duì)于中心頻率的變化，由最小值到a控制電壓的最大變化。它被指定為±ppm（百萬(wàn)分率）。例如，典型的可牽引性規(guī)格為±100ppm，這意味著輸出頻率應(yīng)至少變?yōu)?100ppm和+100當(dāng)控制電壓分別設(shè)置為最小和最大電平時(shí)，來(lái)自中心頻率的ppm。
TCXO（溫補(bǔ)晶振）
TCXO是一種帶溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的晶體振蕩器。一個(gè)典型的整體頻率容差可以通過(guò)TCXO實(shí)現(xiàn)±0.5ppm至±5.0ppm。TCXO網(wǎng)絡(luò)通常包括一個(gè)微調(diào)電容器可用于補(bǔ)償由于老化引起的頻移和/或?qū)⒄袷幤髡{(diào)諧到精確的頻率。定義的許多VCXO術(shù)語(yǔ)（如中心頻率和可移動(dòng)性）也適用于TCXO規(guī)范。然而，在TCXO規(guī)范中，這些術(shù)語(yǔ)指的是修整器范圍內(nèi)的頻率容差和可牽引性電容而不是控制電壓。由于TCXO具有必須可接近的微調(diào)電容器，因此它們是通常不是氣密密封或適合暴露于元素。
調(diào)諧范圍
調(diào)諧范圍是微調(diào)電容或控制電壓可以調(diào)節(jié)頻率的范圍通常指定為最小范圍。例如，±5.0ppmmin。是典型的調(diào)諧范圍規(guī)范。
VCTCXO（壓控溫補(bǔ)振蕩器）
VCTCXO是具有溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的VCXO，可以實(shí)現(xiàn)整體頻率容差類似于TCXO。VCTCXO使用控制電壓而不是微調(diào)電容來(lái)補(bǔ)償頻率由于老化而移位和/或?qū)⒄袷幤髡{(diào)諧到精確的頻率。VCTCXO是密封的。
調(diào)整靈敏度
對(duì)于TCXO，調(diào)諧靈敏度是頻率變化與微調(diào)電容變化的斜率，以ppm/pF為單位。對(duì)于VCTCXO，調(diào)諧靈敏度是頻率變化與控制電壓變化的斜率，在中指定PPM/伏特。
各種負(fù)載類型的振蕩器波形和測(cè)試電路:
FMI集團(tuán)往下所有產(chǎn)品包括石英晶體，振蕩器，傳感器等，均通過(guò)ISO9001和ISO14001的認(rèn)證，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，制造到出廠，每一個(gè)環(huán)節(jié)都著重注意品質(zhì)，不斷改進(jìn)優(yōu)化每一個(gè)步驟，致力于實(shí)現(xiàn)全部產(chǎn)品擁有最高的質(zhì)量和可靠性，并且在生產(chǎn)過(guò)程中避免環(huán)境污染，堅(jiān)決不使用有害物質(zhì)和國(guó)際規(guī)定禁止的物料，符合ROHS和ESD標(biāo)準(zhǔn)。
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