时钟是通用石英晶体振荡器(XO)类型.时钟通常用于为数字电路和微处理器提供频率定时.时钟通常采用与任何其他数字IC相同的技术,如TTL,CMOS,ECL等.这些时钟的频率范围主要受驱动技术的限制,例如STTL为75MHz,10kECL为125MHz,频率特性基本上是所用晶体的频率特性(主要使用AT切割).时钟可以获得低于±10ppm的校准频率容差.根据振荡器电路中关键电阻器,电容器或电感器的温度变化,振荡器电路可能会增加晶体漂移.通常,电路在频率变化方面是微不足道的.时钟是所有振荡器类型中最简单的.因此,与其他类型相比,它们更小,更便宜,并且使用更少的电力.启动时间(一旦通电后启动振荡器所需的时间)范围从1毫秒以下.到20毫秒.时钟振荡器通常仅需要一个电源电压来进行操作.

VCXO或压控振荡器可以使输出频率随振荡器控制引脚的电压变化而变化.VCXO用于许多应用,例如电信,TCXO或锁相环.具有给定电压变化(可牵引性)的频移量高度取决于振荡器电路.通常可以通过添加电感器来对晶体进行’去Q’来获得35至50ppm/伏的可拉性,并且获得更高的可牵引性.大多数(如果不是全部)VCXO使用变容二极管来改变频率.变容二极管基于相同端子上的DC(或低频AC)电压改变其端子上的电容.频率校准和漂移基本上是标准SPXO石英晶体振荡器的频率校准和漂移.通过设置控制电压的附加变量可以在一定程度上降低校准,其中定义了该校准.由于晶体管负载电容由变容二极管改变,因此温度漂移从控制电压的一端到另一端变化.因此,不能针对所有控制电压优化漂移.那些需要’去清’晶体的电路将比晶体本身具有更差的漂移.

TCXO(温度补偿晶体振荡器)调节温度变化的频率.TCXO的一个组成部分是VCXO.连接到VCXO通常是热敏电阻网络,设计用于在每个温度下适当地偏置VCXO贴片型OSC振荡器的电压控制.最近,已经使用了其他补偿技术,例如数字处理.TCXO通常具有外部调整,用于定期设置校准频率.这是为了补偿晶体随时间的老化.校准之间的时间取决于所需的准确度,可以是每月一次到一年一次.频率漂移可以在±1至5ppm的范围内.这种容差中的一部分来自频率与温度的滞后(即,特定温度下的频率差异取决于温度是增加还是减少.功耗通常是标准时钟振荡器的两到三倍.尺寸和成本这些器件也比标准时钟振荡器大.上电后,TCXO的稳定频率可能需要100毫秒或更长时间.根据设计,TCXO可能还需要多个电源.

OCXO,烤箱控制晶体振荡器,使用烤箱来稳定频率变化.烤箱至少包含密封的水晶.为保持控制,烘箱温度必须高于应用中预期的最高环境温度.选择晶体使其在烘箱中预期的温度范围内几乎没有频率变化(通常小于±5EC).使用OXCO可以实现远低于±1ppm的频率容差.需要额外的电路来控制烤箱并保持内部的适当温度.通常,与TCXO类似,必须定期进行校准以补偿晶体老化.烤箱中的加热器使用单独的电源.必须建立此电源与振荡器所需的其他电源之间的隔离,因为激活加热器时会产生噪声.所需的功率远高于标准时钟振荡器(高达几瓦的功率).同样,成本和整体尺寸远远超过时钟振荡器(成本和尺寸的40倍).OCXO在频率计数器,频谱分析仪,网络分析仪等测量设备中作为仪器仪表市场的时序标准很受欢迎.

另一种’XO’型振荡器具有正弦波输出.输出通常指定为固定负载并具有谐波失真规范.正弦波振荡器通常包含AGC(自动增益控制)电路,以确保恒定的幅度.通常,TCXO晶振和OCXO也是正弦波输出.

最近开发的另外两种类型的振荡器是MCXO(微机补偿晶体振荡器)和DCXO(数字补偿晶体振荡器).正如他们的名字所暗示的那样,两者都可以补偿随温度变化的频率.两者都可以在没有大功率使用的情况下改善TCXO性能.已经针对一些特殊应用开发了上述振荡器的组合.TCVCXO是温度补偿,压控晶体振荡器,OCVCXO是一种烤箱控制的压控晶体振荡器.

由于能够在IC中放置更复杂的电路,IC供应商可以生产锁相环设备.虽然是最近的发展,但它们正变得越来越受欢迎.它们基本上使用稳定的晶体振荡器作为VCO或VCXO和反馈环路的参考.这种设计使输出接近晶体振荡器的稳定性,但是各种分频器可以产生可以数字选择的各种输出频率.这种设计在视频市场和以前需要多个振荡器的其他应用中变得非常流行.

施工

水晶行业长期以来一直在创新包装.所有封装都是各种封装/混合技术的混合.通用时钟振荡器通常使用印刷在陶瓷基板上的厚膜电路.离散元件焊接或环氧树脂到电路.如果焊接完成,必须使用高温焊料,以防止在将时钟焊接到PC板时元件松动.IC通常以DIE形式和引线键合,或采用SOIC型封装并焊接到位.由于大多数时钟使用高频切割(AT,BT或SC),因此晶体毛坯(圆盘)安装在基板上,而石英晶体不会被密封在二次封装中.水晶安装硬件范围从实心金属块到弹簧到薄冲孔金属基座.对于大多数应用来说,有一些’给予’的硬件似乎最适合机械冲击,机械振动和热冲击.基板安装在金属集管上,并具有电阻焊接的金属盖.

其他更复杂的振荡器,如TCXO,VCXO和OCXO,使用了许多不同的技术.虽然最近一些较简单的VCXO和温补晶振已经利用专用IC和其他高科技技术将它们小型化为与时钟类似的封装,但大多数仍使用普通的印刷电路板,引线IC和密封晶体.它们位于相当大的金属底座中,金属盖可以拧到或焊接到底座上.密封整个封装并不重要,因为晶体内部密封.时钟振荡器有两种封装尺寸;一个是混合DIP,行间距为0.300英寸,14引脚兼容,另一个是相同的,只是它是8引脚兼容.通常只有4个角销,因为其他引脚不需要用于电气或机械目的(见图11).

对于更复杂的VCXO和TCXO,似乎很少有标准化.它们的PC板面积通常比较小的石英晶体振荡器多三到五倍.