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光电子振荡器及电器参数

发布时间：2026-01-23 09:25

光电子振荡器及电器参数、

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光电子振荡器及电器参数

光电子振荡器

电气参数

1. 标称频率：晶振输出频率的标称值 F0。

2. 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。

3. 工作温度范围：能够保证晶体振荡器输出频率及其它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℃) 。

4. 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。 OSC/VCXO/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. 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图 2 所示：

图 1 晶振输出频率随时间变化的示意图

图中影响频率不稳定的三个主要因素：短稳、温度飘移和老化。

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。

5.1 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。

5.2 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，如图 3 所示：

图 2 晶体频率温度特性曲线

其中 AT 切拐点温度约为 26℃,SC 切拐点温度约为 96℃。

各种形式的晶振的温度稳定度列于下表：

表 1 石英晶体振荡器的温度稳定度

TCXO

MCXO

OCXO

温度稳定度

（-40~85℃)

n×10-6

n×10-6 ~

n×10-7

n×10-7 ~

n×10-8

n×10-8 ~

n×10-11

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：如图 4 种是线性漂移。

下图 5 种是抛物线形式的漂移。

图 3 线性漂移

图 4 抛物线形式的漂移

所有晶体均存在回滞特性，即晶体的升温曲线和降温曲线不重合，如图 6。回滞特性的大小和晶体自身特性、晶振的温度变化大小、温度变化点、保温时间以及晶振的传导速度有关，每个晶体的回滞特性均不相同，所以晶振的温度漂移补偿模型非常复杂，晶振的温度特性补偿非常困难。

图 5 晶体升降温频率-温度曲线

可见晶振温度特性的严格有及其重要的作用；

5.3 老化：即长期稳定度，是指在恒定的环境条件下测量晶振频率时，频率和时间的关系。一般用规定的时限内最大总频率变化来表示，如日老化率，月老化率，年老化率， 10 年老化率等。晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题造成的，晶振老化是因为装配和焊接时存在应力、电路老化等。

5.4 日波动：晶振的输出频率在 24 小时内的变化情况，通常用最大变化相对值表示。

5.5 开机特性：晶振开机后一段时间的频率（f1 ）和开机后另一段时间的频率（f2 ）的变化率，表示了晶振达到稳定的速度。在多数应用中，晶振是长期加电的，然而在某些应用中晶振需要频繁的开关机（如频率计），这时频率稳定的预热时间指标就要被考虑到。

5.6 电源特性：在其他条件保持不变的情况，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。

5.7 负载特性：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。

6. 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。相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的 dBc/Hz 值，其中，d Bc 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。