恒溫晶振（Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO）是一種高精度頻率基準，本質上是一個小型電子系統。OCXO與馴服晶振（GPSDO）、銣原子鐘一樣重要，而且性價比更高，用途也更加廣泛。隨著5G應用普及，OCXO的需求快速上升，一個5G小基站至少需要一個OCXO，而宏基站可能需要超過十個OCXO。

技術特點

恒溫晶振（OCXO）是裝在“恒溫箱”的石英晶體振蕩器，它利用恒溫槽使石英晶體諧振器（quartz crystal）的溫度保持恒定，將周圍溫度變化對振蕩器輸出頻率的影響降低到最小。

由于采用了專門的保護電路和保護措施，OCXO具有超低短期穩定性（<-178dBc），老化率非常低（每年0.05-0.5ppm），其性能不受外界溫度、重力和振動等因素的影響。但是，任何降低、改變熱量的因素都將導致恒溫槽的核心溫度漂移，使OCXO達不到標稱頻率穩定度的要求。

為了進一步提高頻率穩定度，采用雙層恒溫設計的雙層恒溫石英振蕩器（DOCXO）應運而生，其溫度穩定度在-40至85°C范圍內可以達到±0.1ppb；-10至70°C范圍內可以達到±0.05ppb；日老化指標可達0.05 ppb；24小時累計時間誤差為2.16μs，實現了與銣原子鐘同等的穩定度。

由于OCXO出色的短期穩定性，業界還在其基礎上外加馴服制造出性能接近原子鐘的馴服晶振（GPSDO）。即不破壞OCXO晶振短期穩定性的前提下，以GPS/BDS接收機輸出的秒脈沖信號為參考，通過信號追蹤環路校正補償恒溫晶振（OCXO）的頻率偏移，把OCXO晶振的輸出信號從10^?7量級馴服到10^?12級別。

但是，OCXO晶振本質上是一個小型電子系統，涉及晶體振蕩電路、電源電路、熱流設計等復雜的系統技術。因此，OCXO必須使用多層板，必須有系統布線考慮，控制熱傳導、熱瞬變，以及熱流。不妥當的PCB布線可能由于附近元器件的發熱，導致恒溫槽核心溫度過熱，使頻率穩定性衰退。

關鍵參數

OCXO晶振的主要沒參數有標稱頻率、頻率精度、頻率穩定度、頻率老化、功耗、工作溫度等。

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圖2. 恒溫晶振典型參數

（1）尺寸（Dimension）：晶振的外形大小，區分SMD和THT兩種安裝形式。

（2）標稱頻率（MHz）：這是晶振輸出的基準頻率，也稱頻點。如果該頻點與應用不符合，用戶可向晶振廠家訂制專門的頻點。

（3）電源電壓（VCC）：晶振工作必須的電壓，一般為3.3V/5V/12V。

（4）工作溫度（Operating temp. range）：振蕩器能正常工作。其頻率及其他性能均不超過規定的允許偏差的溫度范圍。

（5）頻率精度（frequency tolerance）：這是按規定條件，在+25°C基準溫度下測試，晶體振蕩器的頻率相對于其標稱值的最大允許偏差，即（f-f0）/f0，單位為ppm。

（6）頻率穩定度（Frequency stability）：也稱溫漂，指輸出頻率相對于溫度的漂移。按規定條件要求，在規定溫度范圍內晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對于溫度范圍內輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即±（fmax-fmin）/（fmax+fmin），單位為ppm。

（7）輸出功率（Output Power）：施加規定電壓和規定負載下，振蕩器消耗的電能，用電壓和消耗電流的積表示，單位為dBm。

（8）輸出電壓（正弦波）：施加規定的電壓和負載，在規定的時間內達到穩定后，用RF表測得的有效值或用示波器測量電壓峰-峰值后換算的有效值。

（9）諧波失真：用不希望的信號頻譜分量和有用信號頻率的諧波關系描述的非線形失真。

（10）穩定時間（settle time）：在+25°C下，以通上電源60分鐘后的頻率為基準來調整頻率偏差至指定偏差以內所需的時間。

（11）相位噪聲（Phase Noise）：是指信號功率和噪聲功率的比率（C/N），是表征頻率顫抖的技術指標。在對預期信號既定補償處，以1Hz帶寬為單位來測量相位噪聲。

（12）年老化率（Aging/year）：晶體振蕩器輸出頻率隨時間的變化，通常用一年為單位的頻率來量度，單位為ppm。

應用趨勢

OCXO主要用途為通信基站、智能電網、測試及量測設備，以及雷達、制導等軍事和宇航等領域，并不斷向小型化、高精度、高可靠、低功耗技術方向發展。

封裝上，OCXO由傳統的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝轉變，這大大縮小了器件體積。在高精度和高穩定度上，一些廠家已經采用雙層恒溫設計，開發出雙層恒溫石英振蕩器（DOCXO）。

對于一些更高精度的導航應用，引入GPS馴服信號的馴服晶振（GPSDO）具有優良的短、中、長期信號穩定度，性能可與原子鐘媲美，并有可能取代細分市場中的OCXO應用。

審核編輯：湯梓紅