电子表里有个石英震荡器,怎么利用它呢?
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发布时间：2022-05-15 07:51
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时间：2022-04-26 18:44
石英震荡器
石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器，广泛应用于全球定位系统（GPS）和移动通信等各种系统中。石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：即普通晶体振荡器（SPXO）、电压控制式晶体振荡器（VCXO）、温度被偿式晶体振荡器（TCXO）、电压控制式晶体振荡器（OCXO）。当前石英晶体振荡器的发展，不仅表现在系列品种的增加和市场需求量的增长方面，而且体现在产品技术创新上。技术方面主要有以下几点：
a.小型化、薄型化和片式化为满足以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向覆塑料金属和陶瓷封装转变，近年来TCXO器件平均缩小了30多倍，有的近100倍。采用SMD封装的TCXO的厚度不足2mm，5×3mm尺寸的器件已经上市。在几种主要类型的石英晶体振荡器中，TCXO的体积缩小最明显，其次是VCXO。石英晶体振荡器体积的进一步缩小，使得晶体振子的频率可变范围变小，并使温度被偿困难化。同时，片式封装的回流焊作业至少要在240℃下一直持续约10秒钟，如不采取局部散热措施，很难使石英晶体振子的频率偏移量控制在±0.5×10 -6范围内，需要说明的是：此类器件远未进入微型化的极限，体积的进一步缩小仍有一定的余量。
b.高精度与高稳定化移动通信技术的发展之所以能使石英晶体振荡器焕发出勃勃生机，关键在于其具有很高的频率精度和稳定度，目前即使是无补偿式的晶体振荡器，其总精度也能达到±25ppm。在TCXO、VCXO和OCXO三种类型的器件中，OCXO的频率稳定度最高，面VCXO的频率稳定度则相对稍许逊色一些。
在0～70℃范围内，VCXO的频率稳定度一般为±0.0001～5ppm。VCXO主流产品的频率稳定度大多控制在±25ppm以下，频率调整范围可达±25～±100ppm，老化率低于±2ppm/年。目前，OCXO产品的一般水平是：频率稳定度在±0.001ppm（-20～60℃），年老化率低于±0.05ppm。虽然OCXO体积较大，但在精密频率计数器、频谱及网络分析仪、基站及导航等领域中仍被广泛应用。
c.低噪声，高频化在全球定位系统（GPS）中是不允许频率颤抖的，相位噪声则是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。对OCXO器件来说，GPS系统往往要求其具有较高的抑制相位噪声的能力。这使得OCXO主流产品的相位噪声性能有了很大改善。目前除VCXO外，其它类型的晶体振荡器的最高输出频率一般不过200MHz。目前，提高VCXO振荡频率主要依靠石英晶体SAW谐振器、变容二极管、串联电感器及放大器组成的压控SAW振荡器（VCSO）来完成。
在GSM和PDC等移动电话所有的振荡器中，频率较高的是UCV4系列压控振荡器（VCO），其频率范围为650～1700MHz，电源电压为2.2～3.3V，工作电流为8～10mA。
d.低功耗，启动快
不同类型的石曲晶体振荡器的工作电压不同，但应尽可能的采用3.3V的电源电压。低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势，目前很多TCXO和VCXO产品的电流损耗不超过2mA。
石英晶体振荡器在快速启动技术方面也取得了突破性进展。日本精工、爱普生公司生产的VG-2320SC型VCXO石英晶体振荡器在±0.1ppm规定值范围内，其频率稳定时间小于4ms。在1ms以内输出振荡信号的振幅可达到额定值的90%.日本东京陶瓷公司生产的表面贴装TCXO，在振荡启动4ms后，其幅值可达到额定值的90%。OAK公司的10～25MHz的OCXO等产品则可在5分钟的预热时间内达到±0.01ppm的稳定度。
此外，目前绝大多数石英晶体振荡器的输出逻辑与TTL、高速CMOS（HCMOS）或TTL/HCMO
S兼容，因而提高了器件的适应性和设计的灵活性。
1.2 石英晶体滤波器
单片晶体滤波器（MCF）是在石英基片表面配置若干金属电极而构成的带通和带阻滤波器。
它利用压电效应的能陷理论来选择电极振子的几何尺寸、返回频率和电极振子间矩，以控制超声波的声学耦合，从而达到滤波的目的。其特点是频率选择度十分陡峭、损耗低、稳定性好、阻带衰减高，现已在移动通信设备中大量使用，是必不可少的初级中频滤波器，对提高整机灵敏度和抗干扰能力具有重要作用。国外MCF产品实用化水平为：中心频率为几MHz～150MHz，带宽0.001～0.1%，频道间隔12.5～25kHz，最小封装尺寸为8×8×3.2mm，重量为0.4g。
MCF目前的发展方向集中在开发新型压电材料、扩展带宽、减少带内延时波动、增大带外衰减、扩充和提高中频点和线性度并使封装尺寸进一步小型化和片式化。
2 石英晶体元器件的应用领域
石英晶体元器件主要用于通信、计算机、彩色电视机、钟表、音像制品、其它家用电器、电子玩具、医用电子设备、汽车电子、广播电视设备以及仪器仪表等各个方面。
2.1 通信
石英晶体元器件可大量用于电话终端机、程控交换机、移动电话、无线电话、传呼机、传真机、无线通信、微波通信、卫星通信、通信海缆工程和通信地缆工程。近几年来移动通信作为中国信息产业的支柱产业得到了高速发展，据统计，1993年中国的移动电话用户为1300万户，到1998年底已发展到2498万户，2000年已达到5000万以上，2001年，中国的移动电话用户将达到2亿。而每部电话需要三种石英晶体产品，即温度晶振、石英晶体元件及单元片晶体滤波器，因此石英晶体元器件的微型化和片式化将大大促进单机的小型化发展。目前中国蜂窝移动通信市场大部分被外国公司占领，而这些外国公司的基础元器件也都是从外国直接采购的，其整机的国产化率比较低，国家每年要花费大量的外汇从国外进口基础晶体元器件。
2.2 计算机
石英晶体元器件可大量用于各类大中型计算机，尤其在微机及其周边设备中用量更大。
一台多媒体微机大约使用10只晶体元器件。在打印机、调制解调器、扫描仪中都要用到晶体元器件。
2.3 钟表
屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过。当导线必须穿过机箱时，一定要使用适当的滤波器，或对导线进行适当的屏蔽。
干扰抑制滤波技术
滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)滤波器两大类。
信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量，同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器。
电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板EMI滤波器、反射EMI率波器、隔离EMI滤波器等几类。
线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，由于导线的存在，往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感。在道线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少，由于高频信号的辐射效率较高，这个高频成分的减少，线路板的辐射将大大改善。
电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传导电网上，对网上其他设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生，必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz,400Hz)通过，而对较高频率的干扰有很大的损耗，由于这个滤波器专门用于设备电源线上，所以称为电源线滤波石英晶体元器件进入钟表导致了钟表业的一次*，它使时钟精度提高了几十倍，而又使价格和成本大幅度下降，从而使钟表业得到空前普及和发展。
2.4 家用电器
石英晶体元件在彩色电视接收机上的主要用途是用于副载频恢复振荡器、计时、制式转换和遥控。在音像制品方面主要用于录像机、摄像机、VCD、DVD、CD、数字像机和数字收音机等。其它家用电器如电冰箱、微波炉、电饭锅、洗衣机、空调等都使用晶体计时。另外，石英晶体元器件还可用于电子玩具：如电子游戏机、对讲机、遥控器等。
2.5 汽车电子
在汽车电子方面，石英晶体元器件主要用于汽车导向、功能控制、电子地图、电子定位仪和汽车音响系统。
2.6 医用电子仪器
在心脏起搏器、CT机、核磁共振仪、血压计等医用电子仪器仪表中，也要大量使用石英晶体元器件。
2.7 其它石英晶体具有很高的频率稳定性，同时对温度和力也很敏感，采用石英晶体的测温计的温度分辩率可达到百分之一的摄氏度。由于石英晶体对力的敏感更为特殊，因此，采用石英晶体的力学测量仪器既可以监测地壳的巨大应力，又可测出室内烟尘微粒的重量。
3 石英晶体元器件的市场需求
随着电子信息产业的飞速发展和电子整机的小型化、高性能的发展趋势，石英晶体元器件的市场需求量还将快速增长。对高档MCF单片晶体滤波器和TCXO温度被偿晶体振荡器的需求量将更大，而HC-49U/S型产品，因而受到世界的极大关注，应用这些产品的重要意义越来越被各企业所认识。目前全世界电子市场对石英晶体元器件的总需求量约为55亿只，年增长率为10%。在晶体的微型化与表面贴装发展方面，1996年，晶体的石英晶体元器件的片式化率已达27%，片式TCXO温度补偿晶体元器件已进入市场。目前表面安装的ICXO温度补偿晶体元器件和VCSO压控晶体元器件已大量上市，日本、菲律宾及中国的台湾、香港等国家和地区都已有此类产品的供应。
中国是一个迅速发展的国家。产业结构正在从劳动密集型向技术型转变。但国内的晶体行业还比较落后，虽然年产量不小，但分布散乱，规模小，档次低，难以满足石英晶体元器件市场的要求。1988年我国压电晶体元器件年产量已达4900万只，人造水晶158吨，销售额10638万元，利润2631万元，出口创汇679万美元。到1997年，晶体元器件的产量为13亿只，人造水晶约1000吨，销售额约17亿元，出口创汇18000万美元，比1988年分别增长26倍、6.3倍、15倍、26倍。我国石英晶体元器件的产量约为日本产量的一半，在亚洲居第二位。
目前国内市场对石英晶体元器件的年需求量约13～16亿只，年增长率近20%，国内生产的石英晶体元器件的出口量约占总量的70～80%.我国石英体元器件需求量近年来增幅较大，但价格下滑较快，普通低档晶体元件价格已经降到接近产品成本的水平。晶体元器件的价格取决于类型和性能指标，其价格从高到低的大体排序为：石英晶体元器件、SMD、UM系列、49/US、49/U。目前我国市场供应较多的SMD石英晶体元器件是市场大量需求的产品，也是今后我国石英晶体元器件的主要发展方向。
参考资料：http://longman.blogchina.com/207274.html
