（基于LCR等效电路模型的射频晶体振荡器）

RF射频晶体振荡器

晶体振荡器利用石英晶体的逆压电效应产生精确频率的电信号（英文：Crystal oscillators utilize the inverse piezoelectric effect of quartz crystals to produce electrical signals at precise frequencies）。常见晶体振荡器包括 XO、VCXO、TCXO、OCXO 等，可满足从通用电子到高精度需求的各种应用。晶体振荡器的关键规格包括频率稳定性和相位噪声，这两个参数对于确定其在高精度应用中的适用性至关重要。

RF 射频晶体振荡器主要规格如下：

频率（Frequency）

振荡器的工作频率，以兆赫兹或千兆赫兹为单位测量，用于射频应用。

输出波形（Output Waveform）

振荡器产生特定的输出波形，包括正弦波、削波正弦波等。如下图所示：

（正弦波输出）

电源电压 （Supply Voltage）

为晶体振荡器供电所需的电压以伏特 （V） 为单位测量。

频率稳定性 （Frequency Stability）

该参数表示振荡器输出频率的变化，对精度至关重要。它的测量单位为百万分之一 （ppm），对于需要高精度的应用至关重要。

相位噪声（Phase Noise）

与所需信号一起产生的噪声的量度。相位噪声越低越好，因为它意味着更清晰、更准确的信号。这是晶体振荡器最重要的规格之一。

RF射频晶体振荡器电路

晶体振荡器电路通过捕获来自石英谐振器的电压信号来维持振荡，放大该信号，然后将其重新引入谐振器。谐振频率取决于晶体的尺寸和切割方式。当产生的输出频率的能量等于电路内的损耗时，就会发生振荡。

在射频晶体振荡器结构中，由石英晶体制成的切片或音叉位于两个导电板之间。在初始阶段，控制电路会破坏晶体的平衡。由于系统的正反馈，即使是轻微的噪声也会被放大，从而加剧振荡过程。在这种情况下，晶体谐振器充当极具选择性的频率滤波器，只允许接近谐振频率的狭窄频率范围，同时阻尼其他频率。随着时间的变化，谐振频率变得占主导地位。振荡器中的放大器增强了晶体发出的信号，因此，晶体频率范围内的信号越来越多地主导振荡器的输出。

用于RF射频应用的晶体振荡器

晶体振荡器用于各种射频应用，包括：

• 精确的频率生成： 对于在无线电通信中产生稳定的射频信号至关重要。

• 载波频率产生： 用于无线电系统，以确保准确的发射和接收。

• 低相位噪声：对于保持高质量的射频信号、减少频率波动至关重要。

• 频率稳定性：在电信和 GPS 系统中，可靠性能至关重要。

RF射频晶体振荡器工作原理

石英晶体是振荡器电路中最常用的压电谐振器，因此产生了术语“晶体振荡器”。虽然石英占主导地位，但其他压电材料，如多晶陶瓷，也用于类似的电路。这些振荡器基于逆压电效应工作，其中石英晶体在电场下略微改变形状。对晶体的电极施加电压会导致其变形，而当晶体弹性恢复到其原始形状时，移除电压会产生小电压。石英中的这种振荡过程反映了RLC电路（包括电感器、电容器和电阻器）的振荡过程，其Q因数明显更高，这意味着每个振荡周期的能量损失更少。一旦校准到特定频率，受电极质量、晶体取向和温度等各种因素的影响，石英晶体就能可靠地高精度地保持该频率。

所有物体，包括晶体，都具有固有的共振振动频率。高频晶体通常被制造成简单的矩形或圆形圆盘，而低频晶体，如数字手表中的晶体，通常被制作成音叉形状。