晶振常见指标的测验和计算（1）

发布时间：2025-11-07 10:55

晶振常见指标的测验和计算（1）

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晶振常见指标的测验和计算（1）

频率标准：铷钟、铯钟、氢钟或石英频标(5MHz,精度优于1×10-10, 频率稳定度优于3×10-12/S] 。
频率计数器：12位以上高分辨率频率计，安捷伦的53131A,53132A,
53220A。
环境试验设备：恒温范围-55°C～+100°C,均匀度优于±2℃,波动小于 ±0.5 ℃的高低温试验箱。
示波器：100MHz ~ 1GHZ。
直流电源：电压稳定度优于5× 10-4,纹波小于1mv。
数字万用表：(4.5位，电压读数精确到0.001V)。

（晶振的检测电路）

标称频率:晶振输出频率的标称值F0。
工作电压和电流:晶体振荡器正常工作需要提供的电压和电流，供电电压低压化已成为主流，目前大量使用的是5V和3.3V供电的产品。对于OCXO，还有启动电流和稳定电流的指标。
工作温度范围:能够保证晶体振荡器输出频率及其他各种特性能满足规格指标要求的温度范围，可以分为商业级(0~70℃)、工业级(-40~85℃℃)和军品级(-55~125℃℃)。
频率准确度:通常是指常温(25℃℃)下，所测晶振输出频率相对标称频率的差值。OSCNCXO/TCXO由于没有通电加热过程，通电1S后即可测量晶振输出频率，OCXO需要通电加热稳定后测量输出频率。

5.相位噪声:相位噪声(Phase noise)是指各种噪声引起的输出信号相位的随机变化。它是衡量晶振稳定度的重要指标。相位声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处 1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。

6.频率稳定度:晶振由于各种因素而引起的输出频率漂移，通常用其最大变化的相对值来表示。一个晶振的输出频率的曲线如下图所示：

图中影响频率不稳定的三个主要因素:短稳、温度漂移和老化曲线1是以0.1s测试一次的情况曲线2是以1s测试一次的情况，表现了晶振的短稳。曲线3是以100s测试一次的情况表现了晶振的漂移，引起漂移的主要原因是温度的变化，即晶振的温度稳定度。曲线4是以1天测试一次的情况表现了晶振的老化。
6.1 短稳:即短期稳定度，是指晶振频率在短时间内发生的随机波动。晶振的输出频率受到内部电路(如晶体Q值、元器件噪音、电路稳定性、工作状态等因素)的影响而产生频谱的不稳定性，称之为短稳。常用阿伦方差来度量短稳，是用时域法描述振荡器短期稳定度的标准方法，相位噪声也同样可以反映短稳的情况。
6.2 温度稳定度:是指在标称电源和负载下，工作温度范围内，晶振的最大允许频偏。AT和SC切晶体的典型频率温度特性，其中AT切拐点温度约为26℃,SC切拐点温度约为96℃℃。如下图所示:

（晶体频率温度特性曲线）

各种形式的晶振的温度稳定度列于下表:

不同的晶振有不同的温度特性，每个个体均不同，温度特性对于目前通信设备中有保持要求的设备十分重要，以LTE-TDD中对Holdover 1.5us/24H，T=±5℃℃为例:理论计算保持指标的公式:保持稳定度=日老化+全温区漂移+负载特性+电源特性;模块的测试环境:电源供电为高精度的LDO、负载稳定，所以一般来说影响保持的关键在日老化和全温区漂移:根据以上信息，可以推算产品的保持指标。保持时间偏差是频率的积分，所以估算的保持指标的计算公式为:H=(Aging + Ft)*T;

公式中:Aging 老化率，一般换算成无量纲值，例如:常规要求的日老化为2E-10:Ft 温度稳定度，产品在一定温度范围内频率的漂偏;T 保持时间长度:单位:S;上述理论下:保持指标1.5us/24H，对应的频率偏差为:1.5*10E-6/(24*60*60)=1.74E-11在不考虑老化补偿的前提下，因温度带来的频率偏移需要小于上述值，晶振的温度特性是难以补偿的:晶振频率随温度的变化方式本身有为如下2种:如下图是线性漂移。