在恒定的负载和温度的条件下,输出电压源给到晶体会产生机械振荡,进而产生特定频率的电压信号,称为石英晶体振荡器。所产生的频率与晶体的形状和大小有关系,晶体越薄,共振频率越高,且晶体经过切割后不能产生任何的其它频率。
晶体振荡器频率稳定性的主要影响因素
对于石英晶体振荡器而言,有许多因素影响到系统的频率稳定性,如:PLC(保持)电路、温度、电源电压与震动、噪声、磁场、湿度与老化等。
PLC电路
当在晶振中增加外部负载电容器时,电容器与杂散电容的容差会导致实际负载电容偏离所需值,负载电容的这种变化也会造成频率改变。
温度
不同产品对温度的要求不一样。随着工作温度升至极端温度,石英晶体振荡器额定频率的变化也会随之开始增大,有可能达到几十PPM。针对计算等应用或许可以承受这一点,但是对于导航、雷达、无线通信、卫星通信等对精准度要求极高的应用来说,则无法接受这种巨大变化。因此,此类应用需要选择具备温度补偿功能的晶体振荡器。
可调谐性
对于要求较宽频率范围的应用,可调谐性会导致频率不稳定性。为了实现可调谐性,需要采用滤波器消除多余的频率模式,然而这样会影响到可协调性很难实现更高的频率稳定性,因为负载电抗会受到滤波器中使用的变抗器的杂散电容与电感的影响。
时间
老化是由于振荡器内部变化造成的频率的长期系统性变化。虽然老化影响频率范围只有几PPM,但对于需求精确频率系统的产品来说特别重要。而短期的不稳定性本质上具有随机性,往往可以定义为噪声。
影响老化的因素有很多,如:质量转移、晶体受到的应力、热膨胀、安装受力、晶振的驱动电平以及DC偏置等都会影响到晶振的使用期限。