石英晶體諧振器（Quartz Crystal）是一種頻率精度可達ppm級的高精密頻率元件，頻率絕對精度一般在50ppm左右。但是，這種頻率精度會隨外部環境（例如，溫度）的改變而產生較大的偏離。如果采取適當的補償電路，把石英晶片與振蕩線路和集成電路（IC）封裝在一個相對穩定的小環境內，成為各種類型的晶體振蕩器（XO），就可輸出穩定的頻率信號。

晶體諧振器的頻率溫度關系

電子線路中，石英晶體常用作參考頻率基準或頻率控制元件，頻率與工作環境溫度的特性是一個很重要的參數。

為了得到較好的溫度特性，晶體廠家會選擇最佳的石英晶片制作工藝，因為不同切割角度產生的晶體諧振器產品的溫度特性各不相同。其中，AT角度切割的石英晶片適用數百MHz以內頻率范圍，是石英晶片應用范圍最廣、使用量最多的一種切割作業方式。

在線路設計及晶振選型時，良好的頻率與溫度（frequency versus temperature）特性是工程師主要的選擇考慮之一。根據使用環境的不同，我們可基于溫度參數把石英晶體振蕩器分為不同等級，例如民、企、工、航天等級別，溫度范圍在-40℃~+150℃。

如果溫度升高至極端值，額定頻率的變化就開始增大，有可能達到幾十ppm。對于一般民用，以及企業、網絡、計算等應用，這一點是能夠承受的。但是，對于導航、雷達、無線電通信、衛星通信等航天和航空應用，極高的準確度與精度要求是絲毫不能妥協的。

為了應對這種巨大的變化，就必須在系統中增加額外的補償元件，例如OCXO（Oven Controlled Crystal Oscillator，恒溫槽控制石英晶體振蕩器）、TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator，溫度補償石英晶體振蕩器）、VCXO（Voltage Controlled Crystal Oscillator，電壓控制石英晶體振蕩器）、PCXO（Programmable Crystal Oscillator，可編程石英晶體振蕩器）等振蕩器品種。

晶體振蕩器的頻率溫度特性

把石英晶片與振蕩線路或集成電路（IC）整合在一個封裝內，再通過外部電源供電，就形成一個基于石英晶片的主動組件，可輸出更加穩定的頻率信號，這就是所謂的石英晶體振蕩器。

根據封裝組件內部的振蕩線路及輸出線路的不同，石英晶體振蕩器可輸出不同特性的參考頻率（reference frequency），以滿足不同應用的特殊需求。例如，普通石英振蕩器SPXO（Simple Package Crystal Oscillator）或稱為CXO（Clock Crystal Oscillator），可編程石英晶體振蕩器PCXO（Programmable Crystal Oscillator），電壓控制石英晶體振蕩器VCXO（Voltage Controlled Crystal Oscillator），溫度補償石英晶體振蕩器TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator）及恒溫槽控制石英晶體振蕩器OCXO（Oven Controlled Crystal Oscillator）。

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其中，SPXO的工作完全由晶體自由振蕩完成，主要應用于穩定度要求不高的場合。

PCXO專門針對網絡、儲存、視頻和其他嵌入式產品應用等高頻率及低抖動的產品應用，內含極低抖動的PLL，因此可依需求產生任何頻率。

TCXO通過感應環境溫度，將溫度信息做適當變換后控制晶振的輸出頻率，達到穩定輸出頻率的效果。根據補償電路不同，還分為傳統的TCXO，采用數字化補償的DTCXO，用單片機進行補償的MCXO。

OCXO采用了恒溫槽技術，將晶體置于恒溫槽內，通過設置恒溫工作點，使槽體保持恒溫狀態，在一定范圍內不受外界溫度影響，可達到穩定輸出頻率的效果。OCXO主要缺點是功耗大、體積大，需要5分鐘左右的加熱時間才能正常工作。

VCXO是為晶振增加了一項功能，帶壓控輸入引腳的晶振就叫VCXO。所有晶振都可以根據需要增加壓控功能，例如壓控溫補振蕩器（VCTCXO）等。

可見，OCXO的頻率溫度特性在所有晶振振蕩器類型中是最好的。隨著技術的發展，除了采用更先進的晶片制作工藝外，還可以利用振蕩回路中關鍵電子元件的溫度特性，來補償晶體諧振器自身的溫漂，讓晶振輸出最佳的頻率信號。

　　審核編輯：湯梓紅