FMI Oscillator應(yīng)用筆記
來源：http://www.dkfv.cn 作者：金洛鑫電子 2019年01月10
總部位于美國的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、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)測工具、電信、工業(yè)控制、無線、計量、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。每一款型號在市場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裝置，提供輸出波形在特定頻率。當(dāng)時鐘晶體放入放大器電路（如圖1所示）時，少量能量被反饋到晶體，導(dǎo)致它振動。這些振動起到穩(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)動的負(fù)載類型和電源電壓。有時HCMOS輸出電壓電平表示為電源電壓的百分比。見圖2。
存儲溫度范圍
存儲溫度范圍是器件在非振蕩狀態(tài)下暴露的溫度的絕對極限，不會被損壞，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，對稱性和電源電流等tions電壓范圍。
上升/下降時間
上升時間是從“邏輯0”到“邏輯1”級別的轉(zhuǎn)換時間的度量。下降時間是衡量標(biāo)準(zhǔn)的一種方法從“邏輯1”到“邏輯0”級別的轉(zhuǎn)換時間。上升和下降時間通常都指定為最大值轉(zhuǎn)換時間以nS（納秒）為單位。轉(zhuǎn)換時間是在指定的電壓閾值或特定的電壓閾值下測量的輸出波形的百分比。見圖2。
對稱性（占空比）
對稱性通常也稱為占空比，是輸出波均勻性（或?qū)ΨQ性）的度量。對稱性是輸出波形處于邏輯高狀態(tài)的時間的度量，表示為百分比完整周期的年齡（％）。完美對稱的波形在50％的時間內(nèi)處于邏輯高狀態(tài)，并且在a中邏輯低狀態(tài)占50％的時間，并表示為50/50％。典型的對稱公差為40/60％。緊身的sym計量被認(rèn)為是45/55％。該參數(shù)在指定的電壓閾值或百分比下測量輸出波形。見圖2。
開始時間
開始時間是石英水晶振蕩器波形在上電后達(dá)到穩(wěn)態(tài)振蕩所需的時間，和通常指定為以mS（毫秒）為單位的最大時間。
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)。此功能通過將控制電壓施加到振蕩器的引腳1來激活。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)動的最大負(fù)載。它根據(jù)門數(shù)或負(fù)載類型來規(guī)定電路。例如：HCMOS，TTL和ECL是振蕩器必須驅(qū)動的最常見負(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HCMOS和TTL負(fù)載時在操作條件下，命名法與HCMOS/TTL兼容。振蕩器必須驅(qū)動的負(fù)載類型是測量波形參數(shù)（如邏輯電平）時使用的電壓閾值的決定因素，占空比和上升/下降時間。
VCXO（壓控晶體振蕩器）
VCXO是一種振蕩器，允許用戶通過改變施加的控制電壓來改變輸出頻率引腳1.圖5顯示了VCXO和VCTCXO測試電路。
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）。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，來自中心頻率的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。一個典型的整體頻率容差可以通過TCXO實現(xiàn)±0.5ppm至±5.0ppm。TCXO網(wǎng)絡(luò)通常包括一個微調(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（如中心頻率和可移動性）也適用于TCXO規(guī)范。然而，在TCXO規(guī)范中，這些術(shù)語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試電路:
圖2.HCMOS/TTL兼容振蕩器的波形
圖3.HCMOS測試電路
圖4.TTL測試電路
圖5.VCXO和VCTCXO的TTL測試電路。Vc表示控制電壓（引腳1）
圖6.PECL和ECL時鐘振蕩器的波形免費(fèi)輸出
圖7.ECL時鐘振蕩器測試電路
圖8.PECL時鐘振蕩器測試電路
圖9.PECLVCXO測試電路
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ISO9001和ISO14001的認(rèn)證，從產(chǎn)品開發(fā)，制造到出廠，每一個環(huán)節(jié)都著重注意品質(zhì)，不斷改進(jìn)優(yōu)化每一個步驟，致力于實現(xiàn)全部產(chǎn)品擁有最高的質(zhì)量和可靠性，并且在生產(chǎn)過程中避免環(huán)境污染，堅決不使用有害物質(zhì)和國際規(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。每一款型號在市場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裝置，提供輸出波形在特定頻率。當(dāng)時鐘晶體放入放大器電路（如圖1所示）時，少量能量被反饋到晶體，導(dǎo)致它振動。這些振動起到穩(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)動的負(fù)載類型和電源電壓。有時HCMOS輸出電壓電平表示為電源電壓的百分比。見圖2。
存儲溫度范圍
存儲溫度范圍是器件在非振蕩狀態(tài)下暴露的溫度的絕對極限，不會被損壞，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，對稱性和電源電流等tions電壓范圍。
上升/下降時間
上升時間是從“邏輯0”到“邏輯1”級別的轉(zhuǎn)換時間的度量。下降時間是衡量標(biāo)準(zhǔn)的一種方法從“邏輯1”到“邏輯0”級別的轉(zhuǎn)換時間。上升和下降時間通常都指定為最大值轉(zhuǎn)換時間以nS（納秒）為單位。轉(zhuǎn)換時間是在指定的電壓閾值或特定的電壓閾值下測量的輸出波形的百分比。見圖2。
對稱性（占空比）
對稱性通常也稱為占空比，是輸出波均勻性（或?qū)ΨQ性）的度量。對稱性是輸出波形處于邏輯高狀態(tài)的時間的度量，表示為百分比完整周期的年齡（％）。完美對稱的波形在50％的時間內(nèi)處于邏輯高狀態(tài)，并且在a中邏輯低狀態(tài)占50％的時間，并表示為50/50％。典型的對稱公差為40/60％。緊身的sym計量被認(rèn)為是45/55％。該參數(shù)在指定的電壓閾值或百分比下測量輸出波形。見圖2。
開始時間
開始時間是石英水晶振蕩器波形在上電后達(dá)到穩(wěn)態(tài)振蕩所需的時間，和通常指定為以mS（毫秒）為單位的最大時間。
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)。此功能通過將控制電壓施加到振蕩器的引腳1來激活。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)動的最大負(fù)載。它根據(jù)門數(shù)或負(fù)載類型來規(guī)定電路。例如：HCMOS，TTL和ECL是振蕩器必須驅(qū)動的最常見負(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HCMOS和TTL負(fù)載時在操作條件下，命名法與HCMOS/TTL兼容。振蕩器必須驅(qū)動的負(fù)載類型是測量波形參數(shù)（如邏輯電平）時使用的電壓閾值的決定因素，占空比和上升/下降時間。
VCXO（壓控晶體振蕩器）
VCXO是一種振蕩器，允許用戶通過改變施加的控制電壓來改變輸出頻率引腳1.圖5顯示了VCXO和VCTCXO測試電路。
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）。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，來自中心頻率的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。一個典型的整體頻率容差可以通過TCXO實現(xiàn)±0.5ppm至±5.0ppm。TCXO網(wǎng)絡(luò)通常包括一個微調(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（如中心頻率和可移動性）也適用于TCXO規(guī)范。然而，在TCXO規(guī)范中，這些術(shù)語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ISO9001和ISO14001的認(rèn)證，從產(chǎn)品開發(fā)，制造到出廠，每一個環(huán)節(jié)都著重注意品質(zhì)，不斷改進(jìn)優(yōu)化每一個步驟，致力于實現(xiàn)全部產(chǎn)品擁有最高的質(zhì)量和可靠性，并且在生產(chǎn)過程中避免環(huán)境污染，堅決不使用有害物質(zhì)和國際規(guī)定禁止的物料，符合ROHS和ESD標(biāo)準(zhǔn)。
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