频率稳定性的考虑
晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它是决定振荡器价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。工业级标准规定的-40～+75℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯，倘若-30～+70℃已经够用，那么就不必去追求更宽的温度范围。 设计工程师要慎密决定特定应用的实际需要，然后规定振荡器的稳定度。指标过高意味着花钱愈多。 晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。根据目标产品的预期寿命不同，有多种方法可以减弱这种影响。晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化，也就是说在产品使用的第一年，这种现象才最为显著。例如，使用10年以上的晶体，其老化速度大约是第一年的3倍。采用特殊的晶体加工工艺可以改善这种情况，也可以采用调节的办法解决，比如，可以在控制引脚上施加电压（即增加电压控制功能）等。 与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动，这些指标应该规定出来。对于工业产品，有时还需要提出振动、冲击方面的指标，军用品和宇航设备的要求往往更多，比如压力变化时的容差、受辐射时的容差，等等。 输出 必须考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压特性、负载特性、功耗、封装形式，对于工业产品，有时还要考虑冲击和振动、以及电磁干扰（EMI）。晶体振荡器可HCMOS/TTL兼容、ACMOS兼容、ECL和正弦波输出。每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互补输出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定。许多DSP和通信芯片组往往需要严格的对称性（45%至55%）和快速的上升和下降时间（小于5ns）。
相位噪声和抖动
在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中心频率的1Hz之内和通常测量到1MHz。 晶体振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。 抖动与相位噪声相关，但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可用有效值或峰—峰值测出。许多应用，例如通信网络、无线数据传输、ATM和SONET要求必须满足严格的拌动指标。需要密切注意在这些系统中应用的振荡器的抖动和相位噪声特性。
电源和负载的影响
振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载变动的影响。正确选择振荡器可将这些影响减到最少。设计者应在建议的电源电压容差和负载下检验振荡器的性能。不能期望只能额定驱动15pF的振荡器在驱动50pF时会有好的表现。在超过建议的电源电压下工作的振荡器亦会呈现较差的波形和稳定性。 对于需要电池供电的器件，一定要考虑功耗。引入3.3V的产品必然要开发在3.3V下工作的振荡器。 较低的电压允许产品在低功率下运行。现今大部分市售的表面贴装振荡器在3.3V下工作。许多采用传统5V器件的穿孔式振荡器正在重新设计，以便3.3V下工作。
封装
与其它电子元件相似，时钟振荡器亦采用愈来愈小型的封装。大普通信技术有限公司能够根据客户的需要制作各种类型、不同尺寸的晶体振荡器（具体资料请参看产品手册）。 通常，较小型的器件比较大型的表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。所以，小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折衷。
工作环境
晶体振荡器实际应用的环境需要慎重考虑。例如，高强度的振动或冲击会给振荡器带来问题。 除了可能产生物理损坏，振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性振荡器失效。 对于要求特殊EMI兼容的应用，EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PC母板布局技术，重要的是选择可提供辐射量最小的时钟振荡器。 一般来说，具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好的EMI特性。 检测 对于晶振的检测, 通常仅能用示波器(需要通过电路板给予加电)或频率计实现。万用表或其它测试仪等是无法测量的。如果没有条件或没有办法判断其好坏时, 那只能采用代换法了,这也是行之有效的。 晶振常见的故障有: (a)内部漏电； (b)内部开路； (c)变质频偏；(d)与其相连的外围电容漏电。从这些故障看,使用万用表的高阻档和测试仪的VI曲线功能应能检查出(C),(D)项的故障，但这将取决于它的损坏程度。
总结
器件选型时一般都要留出一些余量，以保证产品的可靠性。选用较高档的器件可以进一步降低失效概率，带来潜在的效益，这一点在比较产品价格的时候也要考虑到。要使振荡器的“整体性能”趋于平衡、合理，这就需要权衡诸如稳定度、工作温度范围、晶体老化效应、相位噪声、成本等多方面因素，这里的成本不仅仅包含器件的价格，而且包含产品全寿命的使用成本。 附注 下面介绍了几个足以表现出一个晶体振荡器性能高低的技术指标，了解这些指标的含义，将有助于设计工程师顺利完成设计项目，同时也可以大大减少整机生产厂家的采购成本。 总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大频差。 说明：总频差包括频率温度稳定度、频率常温准确度、频率老化率、频率电源电压稳定度（电压特性）和频率负载稳定度（负载特性）共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。 频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。
说明： fT=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin) fTref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜,｜(fmin-fref)/fref｜] fT：频率温度稳定度(不带隐含基准温度) fTref：频率温度稳定度(带隐含基准温度)
晶振的负载电容、阻抗、抗老化率、储存温度你了解多少？
用户在购买石英晶振的时候首先需要搞清的就是自己所需的晶振型号以及各项参数，但是并不是每个客户都知道晶振的参数所代表的意思，以至于所购买的晶振不符合自己的产品要求。比如晶振的的负载电容、阻抗、抗老化率、储存温度等等都是我们需要知道的，对于这些你了解的有多少呢？
1、石英晶振储存温度范围：除了在前面的工作环境温度范围之外, 另一项与温度有关的特性是“储存温度范围”. 这个参数指的是产品在静态状况下可以储存的最高与最低温度范围. 在这个温度范围内, 产品必需保证在长时期的储存后, 还是可以在工作温度范围内正常的工作并符合规格. 这项特性与石英晶振共振子的组件设计及制程设计有很大关系, 要小心的定义.
2、晶振的负载电容：在大多数的情况下振荡线路上的”负载电容(load capacitance)”定义为:从石英晶振的两个端子看向振荡线路所遭遇到的所有电容值. 负载电容在线路上可以与石英晶振以并联(parallel)或以串联(series)的方示连接. 以并联方式连接的振荡线路中, 负载电容(CL)的大小会影响标称频率的特性.
3、晶振的等效串联阻抗：当石英晶振串联振荡在fs时, C1及L1是相反相位而互相抵消, 整个晶振的动态支臂(motional arm) 的导纳(admittance)是接近最小阻抗值R1. 这时候整个石英晶振的表现仅是一个电阻性的组件. 电阻值R1是整个组件的机械性能量损耗. 其中包含了石英材料, 接着材料及封装材料上所有的能量损耗.
4、石英晶振负性阻抗：负性阻抗是指从石英晶振共振子的二个端子往振荡线路看过去, 所遭遇到振荡线路在振荡频率时的阻抗特性值. 振荡线路上必需提供足够的放大增益值来补偿石英晶振共振子在共振时的机械能损失. 负性阻抗并不是石英振荡子的产品参数, 却是振荡线路的一项重要特性参数. 从共振子的角度而言, 就是在振荡线路的”负性阻抗”.
5、石英晶振老化： “ 老化” 顾名思意就是指在某一段特定时间范围内, 石英晶振共振子随时间的频率变化, 以百万分之一 ( parts per million, ppm ) 为表示的单位. 老化在频率与时间上的特性曲线, 一般是呈现指数(exponential)型态的变化. 频率老化变动最大的期间是在石英频率组件制成后的第一个月. 之后, 频率的变化就随时间逐渐减少. 频率的老化特性有好几个主要的因素影响. 比如说, 封装的方法, 材料的种类, 制程温度, 制程管控, 热处理过程及产品的尺寸和频率高低. 在规格上大多都要定义出短期(1~3个月) 或长期(1~10年)的频率老化需求.
石英晶振的主要参数
1.标称频率。它是指晶振上标注的频率。
2.激励电平。石英晶振工作时消耗的有效功率，也可用流过石英晶振的电流表示。使用时，激励电平可以适当调整。
激励强，容易起振，但是频率老化大，激励太强甚至石英晶片可能破碎;激励弱，频率老化可以改善，但是激励太弱时不起振。
3.负载电容。从石英晶振引脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡电路加给石英晶振的负载电容。
负载电容与石英晶振在一起决定它的工作频率。通过调整负载电容一般可以将振荡电路的工作频率调整到标称值。负载电容太大时，分布电容影响减小，但是微调率下降。负载电容太小时，微调率增加，但是分布电容影响增加，负载谐振电阻增加，甚至起振困难。
4.基准温度。基准温度指测量石英晶振参数时指定的环境温度。恒温晶振一般为工作温度范围的中心值，非恒温石英晶振为25±2℃.
5.调整频差。在规定条件下，基准温度时的工作频率相对于频率相对于标称频率的最大偏离值。
6.温度频差。在规定条件下，某温度范围内的工作频率相对于基准温度时的工作频率的最大偏离值。
7.总频差。在规定条件下，工作温度范围内的工作频率相对于标称频率的最大偏离值。、
8.谐振电阻。在谐振频率时的电阻。
9.负载谐振电阻。在规定条件下石英晶振和负载电容串联后在谐振频率时的电阻。
泛音频率。它是石英晶振振动的机械谐波，近似为基频的奇数倍。某次泛音频率必须工作在相应的电路上才能获得
附参数规格承认书：
二、技术指标 Electrical Characteristics
| 项目 Item | 规格 Specification | |
| 1 | 标称频率 Nominal Frequency | 12.000MHz |
| 2 | 壳 形 Holder Type | SMD-3225 |
| 3 | 振动模式 Oscillator Mode | 基频 |
| 4 | 调整频差(25℃) Frequency Stability (25℃) | ±10ppm |
| 5 | 工作温度范围 Operating Temperature Range | -10℃~+70℃ |
| 6 | 温度频差 Frequency Stability vs. Temp | ±30ppm |
| 7 | 负载电容 Load Capacitance | 20pF |
| 8 | 谐振电阻 Equivalent Series Resistance | 40Ω max |
| 9 | 静 电 容 Shunt Capacitance | 7.0pF max |
| 10 | 激励功率 Drive Level | 50μW in standard |
| 11 | 绝缘电阻 Insulation Resistance | 500MΩ at DC100V |
| 12 | 年老化率 Aging Rate a Year | ±3ppm |
| 13 | 检测仪器 Test Impedance Meter | S&A250B |
| 14 | 印字形式 Marking |
|
| 15 | 存储温度范围 Storage Temperature Range | -40℃~+85℃ |
| 16 | 存储湿度范围 Storage Humidity Range | 0～95％ RH |
文档下载 PDI晶振介绍.pdf