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基本信息

GJB 1648A-2011
晶体振荡器通用规范
General specification for crystal oscillators
有效
李晓英;章怡;史信源;
信息产业部电子第四研究所;中国电子元件行业协会压电晶体分会;
中国人民解放军总装备部电子信息基础部
【范围】 本规范规定了电子设备用石英晶体振荡器(简称晶振或振荡器)的通用要求、质量保证规定。 本规范适用于军事电子设备频率控制用石英晶体振荡器。
【与前一版的变化】

包含术语

晶体振荡器(XO)最简单和最通用的、其基本控制元件为石英谐振器的晶体振荡器。由于晶体振荡器不采用温度控制 和温度补偿方式,它的频率温度特性主要由所采用的石英谐振器来确定。
压控晶体振荡器(VCXO)用外加控制电压偏置或调制其输出频率的晶体振荡器。VCXO 的频率温度特性类似于 XO,主要由 所用的石英谐振器确定。
温补晶体振荡器(TCXO)器件内部采用电子(模拟或数字)方式补偿石英谐振器以减小其频率温度偏移的晶体振荡器。温补晶 体振荡器是利用晶体负载电抗随温度的变化而补偿晶体元件的频率温度特性,以达到补偿目的的晶体振 荡器。
恒温控制晶体振荡器(OCXO)至少将石英谐振器放在隔热罩里(如恒温槽)控制其温度,以使石英谐振器温度基本维持不变的晶体 振荡器。
温补压控晶体振荡器(TCVCXO)温补晶体振荡器和压控晶体振荡器的结合。
温控压控晶体振荡器(OCVCXO)恒温控制晶体振荡器和压控晶体振荡器的结合。
微机补偿晶体振荡器(MCXO)以采用外部温度补偿方法的晶体振荡器系统为基础的微计算机,该补偿方法使用如脉冲删除、数字 相移等技术由外部加到晶体振荡器的反馈回路以进行校准。微机补偿晶体振荡器输出可提供时钟驱动信 号(时间校正脉冲串)或频谱干净的 RF 基准信号,数字日历(TOD)或其组合信号。
铷晶体振荡器(RbXO)一种与铷(Rb)频率基准相结合的晶体振荡器。晶体振荡器的频率由高稳定铷原子基准连续或间歇 调谐的数字调谐存储器来控制。
总频率准确度在规定时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的振荡器频率与给定的标称值的最大 允许频偏。一般情况下,振荡器的总频率准确度为下列各给定值的绝对值之和。 a) 初始频率温度准确度(见 6.4.19); b) 由电源电压变化(见 6.4.24)和其他环境效应(见 6.4.42)引起的频率允差; c) 在规定温度下由于频率老化(6.4.40)引起的相对于初始值的总频率变化。
频率偏置在规定的基准温度和工作条件下调整振荡器频率时,添加给规定标称频率的正频差或负频差。其目 的是使在工作温度范围内与标称频率的频差减小到最小 (也称为设定点)。
高真空密封能使内部压力保持在 1×10Pa cm/s 或更低的一种外壳密封。
同步将晶体振荡器频率调整到基准源(如铷基准标准)的过程。
基准温度下初始准确度在规定的基准温度和标称电源电压及标称负载条件下,其他条件保持不变,振荡器频率与其规定标 称值的最大允许偏差。对非频率可调振荡器(承制方校准),基准温度下的初始准确度在制造时和发货后 的规定时间内适用。对频率可调振荡器(承制方及用户校准),基准温度下的初始准确度经承制方及用户 校准后就适用。
机械式频率调整振荡器振荡器的可调电路元件如微调电容、电位器等需要机械操作的调整频率的振荡器。
外部频率调整振荡器机械频率调整元件位于振荡器壳外部且通常不由振荡器承制方提供的振荡器。
电频率调整需要将外部激励电压加到振荡器的电路控制端的一种频率调整方式。
频率预热时间从电源接通即开始测量,到振荡器的工作模式稳定在规定的最终频率极限值所需要的时间。最终频 率的定义是在规定的时间内发生并取决于振荡器的类型的频率,该时间以分或小时表示。
初始频率老化在稳定时间后的规定时间内,恒温控制晶体振荡器的频率与时间之间的关系。晶体振荡器的初始频 率老化或漂移,可由不同的晶体及其相关振荡器电路结构,如谐振器壳内的杂质迁移和应力释放以及热 敏电阻漂移造成。初始频率老化应当以规定时间内的最大频率变化或最大频率变化率表示。
初始频率温度准确度在标称电源电压和标称负载条件,其他条件保持不变的情况下,在规定的温度范围内,处于工作状 态的振荡器频率与其规定的标称值的初始最大允许频偏。对于非频率可调(承制方校准)振荡器,初始频 率温度准确度在制造时和发货后的规定时间内适用。对于频率可调(承制方及用户校准)振荡器,初始频 率温度准确度经承制方及用户校准后就适用。应把初始频率温度准确度看成是频率温度稳定性和校准的 相关误差的组合,同时也是规定晶体振荡器频率温度性能的优选通用方法。
滞变效应振荡器在规定的两温度点间的一个完整准静态温度循环周期内,其升温期间与降温期间的频率-温 度特性的差异即为滞变效应。滞变效应的量度是此差值的最大值,其表达为±1/2 最大相对频差(例如, 最坏情况的频差是 6×10 -7 ,则滞变效应为±3×10 -7 )。在本规范中,当要求滞变效应时,指标中既包 括初始频率温度准确度(见 6.4.19),也包括频率温度稳定性(见 6.4.22)。准静态的含义是在频率温度测 量中,温度的变化方式为:确保由于温度梯度导致的频率偏移远小于规定的频率温度稳定性(包括滞变 效应)或规定的初始频率温度准确度。
微调效应由于频率调整而产生的初始频率温度特性的位移或失真,或位移和失真而造成的晶体振荡器频率温 度稳定度和标志频率偏置的变坏,或以上二者都的结合。
频率温度稳定性在标称电源和标称负载条件,其他条件不变情况下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准的振荡 器的最大允许频偏。
基准温度频率温度斜率在规定的基准温度下振荡器频率温度特性的斜率。在应用中,当规定的基准温度和实际温度不同时, 通常规定最大的 F~T 斜率(如±1×10 -8 /℃)。因为在实际温度校准时可能造成显著的频率误差并使初 始频率温度准确度变差。
频率电压允差在其他条件均保持不变情况下,由于电源电压在规定范围内变化,振荡器频率与规定标称电源电压 下的频率的最大允许频偏。
频率负载允差在其他条件保持不变情况下,由于负载阻抗在规定范围内变化,振荡器频率与规定标称负载阻抗下 的频率的最大允许频偏。
重现性在规定试验温度下,以稳定条件工作的振荡器关机后保持在规定的试验温度下一段规定的时间,然 后再开机。重现性就是振荡器再开机后规定时刻的频率与振荡器关机前的即刻频率之差。
相位噪声(随机过程)
阿仑方差振荡器短期稳定度时域的优选定义表达式如式(32)所示:
加速度敏感度由单一幅值及方向表征的晶体振荡器频率与加速度关系的一种矢量特性。晶体振荡器加速度敏感度 是加速度敏感度矢量的幅值,用每单位加速度的频率变化表示(如 1×10 -9 /g)。加速度敏感度矢量的幅 值 Γ,通过测量三个相互垂直的方向(如 y x 、y y 和 y z )的加速度敏感度来获得,并取其平方和的方根值, 如式(33)所示:
上升时间在两个规定的电压电平之间(见图 8),测量方波脉冲的前沿时,观测到的逻辑“0”至逻辑“1”的 转换时间。
下降时间在两个规定的电压电平之间(见图 8),测量方波脉冲的后沿时,观察到的逻辑“1”至逻辑“0”的 转换时间。
占空因数高于规定基准电平(以地为参考)的时间相对该波形周期的百分数,如图 8 所示(也称为对称性)。
谐波失真和副谐波失真一种与有用信号频率有谐波关系的无用频谱分量表示的非线性失真。振荡器的输出信号中迭加了一 个低于有用输出频率的基波信号,这个信号的谐波就是输出频率的副谐波。通常,用每个谐波分量相对 于有用信号输出功率比(单位:dB)表示(如二次谐波抑制 30dB,副谐波均低于-40dBc)。
杂波响应振荡器输出端所呈现的、与有用信号频率无谐波关系(除副谐波)的离散频谱分量。按照这些分量产 生方式,它们可呈现为对称边带,或为单独频谱分量,输出频谱中的杂波分量通常以相对于信号功率的 功率比(单位:dB)表示。
总频偏定义为在规定的调制或直流控制电压条件下,偏离压控晶体振荡器中心频率的最小峰值频率偏移。 总频偏通常用±PPM 表示,或用相对于规定控制电压范围或调制电压中心频率的±%变化或±Hz 变化 表示。
频偏线性度相对于理想(直线)函数的输出频率与输入控制电压传输特性的一种量度。它以百分数表示整个范围 频偏的可容许非线性度。这一定义假定实际的传输特性并不需要通过在基准电压下的标称频率。进一步 假定它的出现是单调的,如在规定的频偏范围内,无反向输入电压的变化引起的频率反向。
调制失真压控晶体振荡器动态输出频率与调制电压传输特性非线性的一种量度。当用规定幅度和频率的信号 调频时,调制失真可用已解调输出信号的可允许百分失真来表示。
频偏响应定义为当调制频率变化时,峰值频偏与调制频率之间的关系。通常用规定的调制频率相对于规定的 调制基准频率低若干 dB 表示。
时钟准确度时钟脉冲重复频率与时间标准的一致程度。时钟同步谐振后,用规定的工作条件下和规定期间内能 累积的最坏情况的时间误差(如 10ms/天表示的时钟准确度)表示,定义如式(34):
频率老化(长期稳定度)环境条件恒定时测量的振荡器频率和时间之间的关系。可用规定时限后的最大变化率(如 1×10 -10 /d, 30d 后),或规定的时限内最大的总频率变化(如 l×10 -8 /月)之一,或两者来表示。 注:有时用“漂移 Drift”错误地表示一个时间周期内的频率变化。这是以前所使用的非标准化的规定工作条件包 括环境条件下的一种测量“漂移”表示方法。频率老化应定义为在恒定的环境、负载和电源电压条件下,在一 定时间周期内规定频率的变化。而如频率-温度稳定性、频率电压-允差等其他参数,则应分别规定为信号变 量的函数。因此“漂移(Drift)”不应作为规定晶振性能的项目。
输入功率老化高效恒温控制晶体振荡器(如高真空封装恒温控制晶体振荡器) 输入功率和时间之间的关系,它是 一种绝热程度的量度。在规定的时限内,通常可用输入功率的最大百分增量(如 0.1%/月)来表示。
频率环境允差任一和全部规定的标准环境影响引起的振荡器频率对初始基准频率的最大允许频偏。一般情况下, 频率环境允差规定为单一值。实际应用中,独特的环境条件可能会产生显著的永久性的频率变化,例如, 以 1000g 等级冲击时,把频率允差分别分配给规定的环境影响。
振幅噪声振荡器频域的短期幅度稳定度。用幅度起伏的功率谱密度 S a (f )表征,如式(35)所示:
磁场敏感度高精密振荡器频率与磁场之间的关系,用每单位磁场强度的频率变化表征(如 1×10 -11 /mT)。
相位角调制(稳态过程)外部影响(如正弦振动)或内部影响(如谐波)引起的离散明亮谱线。它由被测边带的功率与未调制信 号频率的功率 V 0 之比确定。电压与带宽内不同频率之间的关系用 I(f )表征,如式(36)所示。其单位用 dBc 表示:

替代标准

引用文件/被引文件

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包含图表

逻辑输出电平上升时间
基本试验方框图
1 类和 3 类振荡器的
1 类和 3 类振荡器的
2 类振荡器的筛选(100
2 类振荡器的筛选(100
鉴定检验
鉴定检验
A 组检验(仅对 B 级和
A 组、B 组检验零失效
C 组检验
间隔时间的梯形法则
典型的振荡器加热特性
初始频率温度准确度
初始频率温度准确度
频率温度稳定性(规定
频率温度稳定性
瞬态偏移的上冲
典型的振荡器热瞬变特
。频率电压允差
典型的振荡器重现性特
正交相位检测法
校准信号电平
频谱分析仪在频率 fc
频谱
振幅噪声测量试验示意
短期稳定度阿仑方差试
2g 倾翻加速度敏感度
正弦振动加速度敏感度
交流磁场敏感度
短形输出波形
TTL 和 CMOS 试验负载
上升和下降时间的测量
占空因数的测量电平
谐波失真和副谐波失真
总谐波失真
谐波失真的测量
谐波失真的测量(续)
输出阻抗
测定输出端口间隔离度
测定门控振荡器抑制度
起振时间测量的试验图
0 调制控制输入阻抗
VCXO 试验图
频偏线性度
频偏线性度
频率老化
频率老化
频率环境允差
.3.1 型号命名及标识
工作温度范围代号
标称频率表示方法
标称频率表示方法
类型代号
17 种对环境有害的材
内部导体最大容许电流
组装的半导体集成电路
组装无源元件的评价要
组装基片评价要求
4 工艺控制要求
产品质量等级的鉴定合
温度范围鉴定的合格范
相位噪声(随机过程)
振荡器短期稳定度时域
加速度敏感度
时钟准确度
功率谱密度
相位角调制

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