目前我们熟知的晶体振荡器类型至少有5种，而且每一种的应用产品范围似乎都差不多，因此一些工程师在选择Oscillator上容易犯难。特别是TCXO温补晶振与OCXO恒温晶振，常常让人分不清区别，认为这两种都是差不多，其实有很大的区别。晶振厂家金洛鑫电子为大家讲解每种振荡器的特性和原理，以及相关的技术知识，让工程师和采购更多的了解有源晶振，有利于使用。

石英晶体和时钟振荡器：

典型的老化速率范围为±1ppm/年至±5ppm/年

晶体控制时钟振荡器（XO）是实现它的温度稳定性的设备来自石英晶振的固有的温度稳定性（也参见晶体振荡器）。该特性通常以百万分之几（ppm）表示。室温（+25°C）下的初始精度取决于大部分晶体的校准。AT晶体的典型校准公差为±10ppm。可以结合频率调节电子电路，以便可以调节室温下的标称频率以进行老化。这种频率调节可以通过使用微调电容器来实现，典型的调节范围是±10ppm至±20ppm。通过这种类型的调整，+25°C的频率通常可设置为±1ppm。

VCXO振荡器：

典型的老化速率为±1ppm/年至±5ppm/年

VCXO（压控晶振）是一种晶体振荡器，其频率可通过外部施加的电压进行调节。VCXO在频率调制（FM）和锁相环（PLL）系统中具有广泛的应用。典型的偏差范围可以是±10ppm至±2000ppm。允许晶体振荡器频率受电压控制的器件称为变容二极管。该器件本质上是一个电压可变电容器。变容二极管的电容与施加的电压成反比。

要了解二极管如何成为电压可变电容器，首先要考虑什么是电容器。它由两个带电介质的带相反电荷的板组成。二极管只不过是PN硅结。两个区域的相对边缘用作板。反向偏置迫使电荷远离其正常区域并形成耗尽层。电压越大，耗尽层越宽，这增加了板之间的距离，这降低了电容。为了获得更大的调谐范围，一些变容二极管具有超突变结。超突变变容二极管中的掺杂在结点附近更密集，这导致耗尽层更窄，并且电容更大。因此，反向电压的变化对电容的影响更大。

VCXO的传递函数或斜率极性是频率变化相对于控制电压的方向。这可以是正的，意味着电压的正变化将导致频率变高或者可以是负的，这意味着电压的负变化将导致频率变高。需要指定此参数，否则制造商将承担一定的斜率。作为一般经验法则，不要指定比必要更多的偏差范围。其原因是具有更多偏差的VCXO石英晶体振荡器将随温度和时间变得不稳定。举个例子：

在0°C至+50°C范围内，VCXO的±25ppm偏差的温度稳定性可能为±10ppm，年老化率为±1ppm。在0°C至+50°C范围内，VCXO的±1000ppm偏差的温度稳定性可能为±100ppm，年老化率为±5ppm。

TCXO晶体振荡器：

典型的老化速率为±0.50ppm/年至±2ppm/年

TCXO是温度补偿晶体振荡器。TCXO的基本构建模块是VCXO，偏差范围约为±50ppm，温度敏感网络。该温度敏感网络（温度补偿电路）向变容二极管施加电压，该电压在工作温度范围内的任何温度下校正VCXO的频率。从TCXO获得的典型温度稳定性为±0.20ppm至±2.0ppm。由此可以看出，TCXO在时钟振荡器上的温度稳定性提高了十倍。

要创建温度补偿电路，我们需要一些东西来感知环境温度。热敏电阻是大多数TCXO晶振中的典型传感器件。热敏电阻是电阻器件，其电阻取决于环境温度。有两种类型的热敏电阻，即具有正系数的热敏电阻，这意味着它们的电阻随着温度的升高而上升，而负系数热敏电阻的电阻随温度的升高而下降。典型的温度补偿电路将热敏电阻和电阻器组合成分压器网络，以在任何温度下产生所需的校正电压。该校正电压施加到变容二极管。

如果温度补偿电路精确匹配晶体的温度曲线，振荡器的频率将随着温度的变化保持恒定。由于可用晶体的可变性和可用的热敏电阻系数，这在现实世界中是不可获得的。每个晶体的温度稳定性略有不同，精确的热敏电阻系数和值不能始终提供完美的网络区域。通常，给定的热敏电阻组用于生产批次中的所有TCXO。这将允许大多数TCXO被修正为可接受的稳定性。如果需要更严格的温度稳定性，可以在生产过程中调整热敏电阻，但由于测试时间较长，TCXO的成本会增加。

要克服的另一个主要问题是晶体温度稳定性的扰动（曲线拟合数据的偏差）。这些与平滑温度曲线的偏差难以补偿，如果它们的持续时间很短，则无法补偿。如果TCXO的温度稳定性要求太紧，可能必须更换一些晶体并开始生产测试。这将增加TCXO振荡器的成本。由于TCXO的老化速率为0.50ppm/年至2.0ppm/年，因此需要将频率调整为+25°C以抵消老化效应。大多数TCXO具有类似于时钟振荡器的机械频率调整。典型的调节范围为±5ppm。

OCXO晶体振荡器

典型老化率为±2x10-7/年至±2x10-8/年

该OCXO是一个振荡器，它是温度受控（带恒温箱的晶体控制振荡器）。这种类型的振荡器具有温度控制电路，以将晶体和关键部件保持在恒定温度。当需要±1×10-8或更高的温度稳定性时，通常使用OCXO。虽然这种类型的振荡器比TCXO在温度稳定性方面有十倍的改进，但OCXO的价格往往更高并且消耗更多功率。在稳态条件下，+25°C环境下的典型功率为1.5瓦至2.0瓦。

温度对OCXO电路的影响：

OCXO振荡器的关键是在外部环境温度变化时将晶体和一些其他振荡器元件保持在一个温度。这可能与冬季的房屋有关，其中位于房屋内的恒温器检测到温度变化，并控制炉子以保持所需的温度。什么是所需的操作温度？操作温度是晶体的转折点之一（参见晶体部分）。在转折点，频率与温度曲线的斜率为零。这意味着即使温度略微上升或下降，频率变化也是最小的。

请注意，对于OCXO，晶体的转折点温度必须高于温度范围的上限。这是因为如果外部温度为+35°C，您无法使用炉子将房屋的温度控制在+25°C。一般的经验法则是，您需要晶体的转折点比OCXO振荡器电路的工作温度高10°C。对于OCXO，热敏电阻（在TCXO部分中描述）相当于室内的恒温器。它用于检测晶体和晶体振荡器电路的温度。热源可以是功率晶体管或功率电阻器。所需的最后一个部件是比较器电路，用于控制热源中产生的功率量。

比较器电路：

该比较器电路由运算放大器和配置为高增益放大器的其他组件（电阻器和电容器）组成。操作温度称为设定点，并通过在正常生产过程中选择的选定值电阻器进行调节。在正常操作期间，热敏电阻通过改变到略微不同的电阻值来感测环境温度变化。比较器电路然后调节产生的功率以使热敏电阻返回到原始电阻值并且晶体和电路温度恢复到原始设定点温度。

OCXO以类似于房屋的方式使用隔热材料。绝缘用于减轻环境温度变化的影响并减少维持设定点温度所需的功率。使用的绝缘越好，保持在设定点温度所需的功率越小。典型OCXO晶振的温度控制器电路将设定点温度保持在±1°C或更低。典型OCXO的温度稳定性范围为±1x10-7至±1x10-9。

双炉OCXO：

如果需要更严格的稳定性（±1x10-10到±5x10-11），则需要所谓的双炉振荡器。这是通过将OCXO放入另一个烤箱包装中来实现的。该外部烤箱将缓冲OCXO的环境变化，两个温度控制器的组合可将设定点温度保持在±0.10°C以内。这种振荡器需要更大的封装，消耗更多功率，并且价格更高。在+25°C环境温度下双炉振荡器的典型功率在稳态条件下为3.0瓦至4.0瓦。

由于OCXO的老化速率为0.20ppm/年至2.0x10-8/年，因此需要将频率调整为+25°C以抵消老化效应。大多数OCXO具有类似于TCXO振荡器的机械频率调整。典型的调节范围为+2ppm至±0.20ppm。

OCXO中的石英晶体切割类型：

晶体切割的类型也会增加有源晶振的稳定性。某些类型的切口在其转折点处具有不同的频率与温度的斜率。例如，对于+80°C的转折点，SC型晶体的斜率可能为5x10--9/°C，而对于80型，AT型晶体的斜率可能为1x10-8/°C°C转折点。使用相同的温度控制器，AT型晶体的频率将是SC型晶体的两倍。温度稳定性和工作温度范围将决定所用的晶体类型。