1、电压控制晶体振荡器（VCXO），是通过施加外部控制电压使振荡频率可变或是可以调制的石英晶体振荡器。在典型的 VCXO 中，通常是通过调谐电压改变变容二极管的电容量来“牵引”石英晶体振子频率的。VCXO 允许频率控制范围比较宽，实际的牵引度范围约为200ppm 甚至更大。如果要求 VCXO 的输出频率比石英晶体振子所能实现的频率还要高，可采用倍频方案。扩展调谐范围的另一个方法是将晶体振荡器的输出信号与 VCXO 的输出信号混频。与单一的振荡器相比，这种外差式的两个振荡器信号调谐范围有明显扩展。 在移动通信基地站中作为高精度基准信号源使用的 VCXO 代表性产品是日本精工爱普生公司生产的 VG23
2、20SC。这种采用与 IC 同样塑封的 4 引脚器件，内装单独开发的专用 IC，器件尺寸为 12.6mm7.6mm1.9mm，体积为 0.19 。其标准频率为 1220MHz，电源电压为 3.00.3V，工作电流不大于 2mA，在2075范围内的频率稳定度1.5ppm，频率可变范围是2035ppm，启动振荡时间小于 4ms。金石集团生产的 VCXO，频率覆盖范围为 10360MHz，频率牵引度从60ppm 到100ppm。VCXO 封装发展趋势是朝 SMD 方向发展，并且在电源电压方面尽可能采用 3.3V。日本东洋通信机生产的 TCO947 系列片式 VCXO，早在 90 年代中期前就应用于汽
3、车电话系统。该系列 VCXO 的工作频率点是 12.8MHz、13MHz、14.5MHz 和15.36MHz，频率温度特性 2.5ppm/30 75，频率电压特性0.3ppm/5V5，老化特性1ppm/年，内部采用 SMD/SMC，并采用激光束和汽相点焊方式封装，高度为 4mm。日本富士电气化学公司开发的个人手持电话系统（PHS ）等移动通信用 VCXO，共有两大类六个系列，为适应 SMT 要求，全部采用 SMD 封装。Saronix 的 S1318 型、 Vectron 国际公司的 J 型、Champion 技术公司的 K1526 型和 Fordahi 公司的 DFVS1KH/LH 等VCX
4、O，均是表面贴装器件，电源电压为 3.3V 或 5V，可覆盖的频率范围或最高频率分别为 32120MHz、155MHz、240MHz 和 150MHz，牵引度从25ppm 到150ppm 不等。MF 电子公司生产的 TVCXO 系列产品尺寸为5mm7mm，曾被业内认为是外形尺寸最小的产品，但这个小型化的记录很快被打破。新推出的双频终端机用 VCXO 尺寸仅为 5.8mm4.8mm，并且有的内装 2 只 VCXO。Raltron 电子公司生产的 VX8000 系。应用： 移频直放站、测试设备、蜂窝基站 频率范围： 1MHz-200MHz 常用频点： 12.8 13 15.36 16.38 16.
5、384 18.432 19.44 20 30.72 32.768 36.864 38.88 40 44.545 51.2 58.078 65 70 73.6 100 107.374 120 131.04 135.56 外形图：电压控制晶体振荡器1、 小型化、薄片化和片式化：为满足移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短小的要求，石英晶体振荡器的封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变。例如 TCXO 这类器件的体积缩小了 30100 倍。采用SMD 封装的 TCXO 厚度不足 2mm，目前 53mm 尺寸的器件已经上市。2、高精度与高稳定度， VCXO 的频率稳定度在 107范围内一般可达2
6、0100ppm4、低功能，快速启动，低电压工作，低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势。电源电压一般为 3.3V。许多 VCXO 产品，电流损耗不超过2mA。石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。例如日本精工生产的 VG2320SC 型 VCXO，在0.1ppm 规定值范围条件下，频率稳定时间小于 4ms。2、石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体
7、谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。石英晶体的压电效应：若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。注意，这种效应是可逆的。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与 LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何
8、形状、尺寸等有关。 石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、电压控制晶体振荡器（VCXO）、恒温控制式晶体振荡器（OCXO）和数字化/p 补偿式晶体振荡器（DCXO/MCXO）等几种类型。其中，无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种，在日本工业标准(JIS)中，称其为标准封装晶体振荡器（SPXO）。现以 SPXO 为 例，简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。 石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。SPXO 主要是由品质因数（Q ）很高的晶体谐振器（即晶体振子）与反馈式
9、振荡电路组成的。石英晶体振子是振荡器中的重要元件，晶体的频率（基频或 n 次谐波频率）及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、（金属壳）封装及其等效电路。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。电子器件采用 500kHz 或 503kHz 的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源，经 1/3 的分频得到 15625Hz的行频，其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜，更换容易。3、在通信系统产品中，石英晶体振荡器的石英晶体振荡器的应用
10、：1 、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路，其频率精度决定了电子钟表的走时精度。石英晶体振荡器原理的示意如图 3 所示，其中 V1 和 V2 构成 CMOS 反相器石英晶体 Q 与振荡电容 C1 及微调电容 C2 构成振荡系统，这里石英晶体相当于电感。振荡系统的元件参数确定了振频率。一般 Q、C1 及 C2 均为外接元件。另外 R1 为反馈电阻， R2 为振荡的稳定电阻，它们都集成在电路内部。故无法通过改变 C1 或C2 的数值来调整走时精度。但此时仍可用加接一只电容 C 有方法，来改变振荡系统参数，以调整走时精度。根
11、据电子钟表走时的快慢，调整电容有两种接法：若走时偏快，则可在石英晶体两端并接电容 C，如图 4 所示。此时系统总电容加大，振荡频率变低，走时减慢。若走时偏慢，则可在晶体支路中串接电容 C。如图 5 所示。此时系统的总电容减小，振荡频率变高，走时增快。只要经过耐心的反复试验，就可以调整走时精度。因此，晶振可用于时钟信号发生器。2、随着电视技术的发展，近来彩电多价值得到了更广泛的体现，同时也得到了更快的发展。许多高性能的石英晶振主要应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等。主要参数 参数 基本描述频率准确度在标称电源电压、标称负载阻抗、基准温度（25）以及其他条件保持不变，晶体振荡器的频率
12、相对与其规定标称值的最大允许偏差，即（fmax-fmin）/f0；温度稳定度其他条件保持不变，在规定温度范围内晶体振荡器输出频率的最大变化量相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频偏值，即（fmax-fmin）/（fmax+fmin）；频率调节范围 通过调节晶振的某可变元件改变输出频率的范围。调频（压控）特性包括调频频偏、调频灵敏度、调频线性度。调频频偏：压控晶体振荡器控制电压由标称的最大值变化到最小值时输出频率差。调频灵敏度：压控晶体振荡器变化单位外加控制电压所引起的输出频率的变化量。调频线性度：是一种与理想直线（最小二乘法）相比较的调制系统传输特性的量度。负载特性 其他条件保持不变，负载在
13、规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称负载下的输出频率的电压控制晶体振荡器 最大允许频偏。电压特性 其他条件保持不变，电源电压在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称电源电压下的输出频率的最大允许频偏。杂波 输出信号中与主频无谐波（副谐波除外）关系的离散频谱分量与主频的功率比，用 dBc 表示。谐波 谐波分量功率 Pi 与载波功率 P0 之比，用 dBc 表示。频率老化在规定的环境条件下，由于元件（主要是石英谐振器）老化而引起的输出频率随时间的系统漂移过程。通常用某一时间间隔内的频差来量度。对于高稳定晶振，由于输出频率在较长的工作时间内呈近似线性的单方向漂移，往往用老化率（单位时间内的相对频率变化）来量度。日波动 指振荡器经过规定的预热时间后，每隔一小时测量一次，连续测量 24 小时，将测试数据按S=（ fmax-fmin）/f0 式计算，得到日波动。开机特性 在规定的预热时间内，振荡器频率值的最大变化，用 V=（fmax-fmin）/f0 表示。相位噪声短期稳定度的频域量度。用单边带噪声与载波噪声之比（f）表示，（f）与噪声起伏的频谱密度 S（f）和频率起伏的频谱密度 Sy（f）直接相关，由下式表示：f2S（ f） =f02Sy（f）=2f2 （f）f傅立叶频率或偏离载波频率；f0载波频率。
