第二章晶体振荡器概述 第二章晶体振荡器概述 作为频率参考源，晶体振荡器的频率稳定度影响着整个系统的性能。本章 从晶体的物理特性出发，简述了晶振原理，并考察了常用的几种晶振结构，分 析了优劣1[2[3]。最后指出几种影响频率稳定度的要素，总结了DCXO的工 作原理。 2.1晶体特性 晶体的切割方式，封装的极板，振荡电路的设计，环境温度，辐射，外界 加速度，冲击，老化等都会对晶体谐振特性造成影响。其中有的影响频率的长 期稳定度，有的影响短期稳定度，对频率精度和稳定性的扰动各不相同，应根 据应用需求进行针对性的研究。在射频通讯系统中，对晶振的短期频率稳定度 一相位噪声要求苛刻，同时集成晶振对功耗也较为敏感。本文重点对CMOS 工艺下的晶振电路设计问题进行探讨，对涉及高性能晶振产品所需要做的考量 不在本篇论述范围内，深入解决需要涉及较多的晶体知识。尽管如此，仍有必 要介绍一些晶体的相关特性。 2.1.1压电特性 石英晶体属于机械谐振腔，它的谐振依赖于外部施加的激励。由于晶体谐 振器有着极高的品质因素(Q值)，频率稳定度和极低的功耗，被广泛应用于频 率控制和时钟电路。压电特性是指在晶体两端施加机械的压缩或拉伸的力，晶 体两端会产生电压信号；同样的，如果在晶体两端施加电压信号，晶体会发生 形变，形变方向取决于电压极性，如图2-1所示。 Pressure Quartz Quartz Voltage Pressure Applied pressure Applied voltage generates voltage causes contraction 图2-1晶体的压电特性 这种能量转化在某一频率处获得最大效率，该频率即为谐振频率。每个晶 女第二章 晶体振荡器概述 5 第二章 晶体振荡器概述 作为频率参考源，晶体振荡器的频率稳定度影响着整个系统的性能。本章 从晶体的物理特性出发，简述了晶振原理，并考察了常用的几种晶振结构，分 析了优劣[1][2][3]。最后指出几种影响频率稳定度的要素，总结了 DCXO 的工 作原理。 2.1 晶体特性 晶体的切割方式，封装的极板，振荡电路的设计，环境温度，辐射，外界 加速度，冲击，老化等都会对晶体谐振特性造成影响。其中有的影响频率的长 期稳定度，有的影响短期稳定度，对频率精度和稳定性的扰动各不相同，应根 据应用需求进行针对性的研究。在射频通讯系统中，对晶振的短期频率稳定度 —相位噪声要求苛刻，同时集成晶振对功耗也较为敏感。本文重点对 CMOS 工艺下的晶振电路设计问题进行探讨，对涉及高性能晶振产品所需要做的考量 不在本篇论述范围内，深入解决需要涉及较多的晶体知识。尽管如此，仍有必 要介绍一些晶体的相关特性。 2.1.1 压电特性 石英晶体属于机械谐振腔，它的谐振依赖于外部施加的激励。由于晶体谐 振器有着极高的品质因素(Q 值)，频率稳定度和极低的功耗，被广泛应用于频 率控制和时钟电路。压电特性是指在晶体两端施加机械的压缩或拉伸的力，晶 体两端会产生电压信号；同样的，如果在晶体两端施加电压信号，晶体会发生 形变，形变方向取决于电压极性，如图 2-1 所示。 图 2-1 晶体的压电特性 这种能量转化在某一频率处获得最大效率，该频率即为谐振频率。每个晶