【电子行业标准(SJ)】 晶体振荡器名词术语

中华人民共和国第四机械工业部部标准
晶体振荡器名词术语
SJ1852-81
中华人民共和国第四机械工业部部标准
晶体振荡器名词术语
SJ1852-81
本标准规定了有关以石英谐振器为控频元件的晶体振荡器名词术语的定义，共三部分。1.晶体振荡器类型
1.1普通晶体振荡器PackagedCrystalOscillator（Pxo）是一种没有温度补偿或恒温装置的晶体振荡器，其频率温度特性主要取决于所采用的石英谐振器，简称“普通品振”。
1.2温度补偿品体振荡器TemperatureCompensatedCrystalOscillator（TCXO）是一种靠内部温度补偿网络（系统）来改善频率温度特性的晶体振荡器，简称“温补晶振”。1.3电压控制晶体振荡器VoltageControlledCrystalOscillator（VcXo）是一种输出频率随外加控制电压而改变（或调制）的晶体振荡器，简称“压控晶振”。这种改变通常是将控制电压加到作为石英谐振器负载电容的变容二极管上来实现的。l.4恒温晶体振荡器OvenControlledCrystalOscillator（Ocxo)是一种至少把石英谐振器置于恒温器内来改养频率温度特性的品体振荡器，简称“恒温晶振”这种品体振荡器通常有单层恒温和双层恒温两种形式。注：①按晶体振荡器所用英谐振器被激励的振动模划分任：售波晶振：有英谐振器被激励在基波模上的品体振荡器、泛音晶报：台英请报器被微在发音模上的品体振伤器2）按晶体探荡器内所果用的分赖份频技术划分信倍赖品报：输出赖率为内部美谐报器1.作频率整数倍的品体振荡器分赖品振：内部石英造振器上频争文编出频幸整数信的晶体银汤器按品体振易器定要求存：高稳定晶报低噪声品报、副高温品振耐低温品报、「控品摄、耐辐射晶振2.温度条件
2.1L作温度范围Operatingtemperaturerange技术条件中规定的-·种环境温度范围，在该温度范围内晶体振荡器的性能应满足技术要求。2.2可工作温度范围Operabletemperaturerange技术条件中规定的一种环境温度范围，在该温度范围内晶体振荡器能连续输出信号，但性能不定满足技术要求。
2.3基准温度Referencetemperature测量晶体振荡器电参数所指定的环境温度，通常规定为+252℃。3．工作特性
3.1标称频率Nominalfrequency
技术条件所指定的频率，通常也就是品体振荡器铭牌上标志的频率。系指晶体振荡器输出频率的名义值。
3.2频率允许偏差Frequency tolerance3.2.1频率准确度Frequencyaccuracy在标称电源电压，标称负载阻抗，基准温度以及其它规定条件下晶体振荡器输出频率相对」标称中华人民共和国第四机械工业部发布
1982年7月1日
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频率的设大偏离值免费标准下载网bzxz
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3.2.2温度顿美Frequency lolerance overthc temperaturerange其它条件保持不变，在规定温度范围内晶体振汤器输出频率相对于基准温度下输出频率的充许偏离值
3.2.3电压频Frequencytolerancedueto supplyvoltagevariation其它条件保持不变，电源电压在规定变化范围内品体振荡器输出频率相对于标称电源电压时输出频率的允许偏离值。
3.2.4负载频差Frequency tolerancedue to loadvariation其它条件保持不变，：负载阻抗在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称负载阻抗时输出频率的允许偏离值
3.2.5老化频差Ageingfreguencytolerance规定条件保持不变，晶体振荡器经规定稳定时间后的一规定时间范围内输出频率相对于初始频率的允许偏离值。
除上述频差外，在有的场合使用的还可有：方位频差、振动频差…。3.2.6总频率允诈偏差Overallfrequencytolerance其它条件保持不变，由两个或两个以上的规定条件在其规定变化范围内任意组合时晶体振荡器输出频率相对于标称频率的最大允许偏离值。汇：在某些品体振法器技术条件中习惯采用“日频率波动”（日频率稳定度）一一调，其含义为在外界条件保持相对稳定，经规定稳定时间后晶体振荡器输出频率在24小时之内的最大相对变化值。3.3频预偏值Frequcncyoffset
为使的出频率在整个规定工作系件范围内的频美最小，花特定（如基准）工作条件下调试晶体振荡器频率时需将翁出频率调到偏离标称频率某一预定值的调试频率上，该调试频率与标称频率之差就是赖率预偏值具值正订货，
例如：减少段时间内的频率偏差，需要有与频率老化方向相反的预偏值：为减少整个工作温度范用内的频率偏差，在基准温度下调试时也需要一定的预偏值。3.4赖率调节范围Frequencyturningrangc不拆卸晶体振荡器而通过某可变元件改变输出频率的范围。频率调节的作用是：（1）将输出频率调到该频率调节范围内的某预定值：（2）由于老化或其它原因晶体振荡器输出频率产生偏移时，用其将输出频率调到规定值
注：调整输出频率时能够调节的最小频率间隔通常称之为“赖率微调分辨度”。3.5频率稳定时间Frequency stabilizationtime晶体振荡器接通电源后输出频率达到距其长期稳定值一规定频差所需要的时间（如图1所示）。注：在某些应用中还有用晶体振荡器接通电源开初段时间内输出频率一时间变化曲线来描述频率时间特性，该变化过程称为“开机持性”、
3.6频率重现件Frequencyretracecharacteristics在晶体振荡器输出锁率稳准，断开电源放置段时再，再接通电源工作规定时间内其输出频率返问到断开电源前稳定频率的程度。“它通常用前后两次输出频率的相对频差来缺度3.7频率老化（长期频率稳定度）Frequencyageing（Long-termfreyuencystability）在稳定的规定外界条件下，由于作（主费是石英谐振器）老化而引起的输出频率随时间的系统漂移过程，它遵常用某一时间间隔内的老化频差来式度。对丁高稳定品振由了输出烦率在较长工作时间内星现近似线性的单方向漂移，往往用“老化率”（前位时间内的相对颗率变化，来度量：3.8短期频率稳定度Shorttermfrequencystability是晶体振荡器输出频率相对具平均值随机起伏特的星度。比排除了系统以的变化，短期频率稳定度有时域和频域两种表征，这两种表征从不问角度描述频率起伏的随机特性（详见附录）。输出频率
长期稳定输出频率
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频率稳定时间
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3.8.1相对频率起伏的阿仑方差Allanvarianceoffractionalfrequencyfluctuation晶体振荡器输出频率的相对频率起伏为：Y()-
式中：F(r)振荡器输出频率；
F(t)-F。
振荡器输出频率的统计平均值。Fa
相对频率起伏的阿仑方差是短期频率稳定度在时域的优选量度。其值为：M
o,2(2,1,T)=
式中：Yx-
一连续采样测量中第K次采样的平均相对频率起伏：采样时间：
M——采样次数。
注：某些地方仍有用\相对频率起伏均方根值\这样一种短期频率稳定度时域的量度其定义为相对频率起伏采样方差的平方根值（详见附求），由于采样方差通常不收敛，为此优选的相对频率起伏均方根值就采用仑方差的卡方根值3.8.2相对频率起伏的功率谱密度Powerspectraldensityoffractionalfrequencyfiuctuations
是短期频率稳定度频域的优选量度。其值为：Sy(n=
式中：Ry(T)-
Ry().e-12/1dt
-相对频率起伏Y（t)的自相关函数；于付立叶频率。
S（f)的量纲为1/赫兹。
3.8.3相位起伏功率谱密度Powerspectraldensityofphasefluctuations是短期频率稳定度频域的一种量度。通常用来表示相位噪声（相位抖动）。相位起伏函数为@（1）=2元F（1）-2元Fo式中：F()
振荡器输出瞬时频率：
Fo一振荡器输出频率的统计平均值。S。（就是@（r)的功率谱密度，其值为共9百第1员
式中：R。—@()的自相关函数。S，（\的量纲为（弧度）/赫兹。S.J1852--81
Re()e-fdt
3.8.4寄生调频Incidentalfrequencymodulation短期频率稳定度频域的一种量度，它通常是用将被测信号加到一理想鉴频器而获得的输出信号的频谱来描述。如果通过f。～带宽的理想鉴频器，则可以用输出频率的相对有效值表示（见附录）3.8.5频谱纯度Spectralpurity
频谱纯度与短期频率稳定度有密切关系。通常用偏离主频的每赫兹带宽内单边带噪声功率与总信号功率比的分贝值来表示。它不仅包括通常的噪声功率而且还包括谐波分量和杂波分量。3.9谐波失真Harmonicdistortion是输出信号的一种非线性失真。通常用某次谐波分量与主频功率比的分贝值（即某次谐波抑制度）来描述、
3.10杂波抑制Spuriousoscillationssuppression输出信号中与主频无谐波关系的离散频谱分量与主频的功率比，通常用分贝值表示。3.11脉冲时间参数
3.11.1脉冲宽度pulsdutation
脉冲波形中前沿和后沿某规定点之间的时间间隔这规定点通常为最人幅度的50%（见图2）。3.11.2上升时间Risetime
脉冲波形的前沿中从最大幅度10%处变化到最大幅度90%处所需要的时间（见图2），电压
脉冲宽度
下降时间
图2脉冲波形
3.ll.3下降时间Decay（orFall)time时间
脉冲波形的后沿中从最大幅度90%处变化到最大幅度10%处所需要的时间（见图2）。3.12
调频（压控）特性
3.12.j调频频偏Frequencymodulationdeviation压控晶体振荡器外加控制电压由规定最大值变化到最小值时输出频率之差。SJ1852-81
3.12.2调频灵敏度Frequencymodulationsensitivity压控振荡器变化单位外加控制电压所引起的输出频率的变化量。共9页第5页
3.12.3调频线性度Frequencymodulationlinearity是一种与理想直线相比较的调制系统传输特性的量度。它通常是以在规定范围内偏离理想直线的百分数表示（见图3
4F×100%）
输出频率：F
控制电压
—理想的直线；
B线——实际的调频特性曲线
D线偏离极限（均平行于A线）
调频特性曲线
注：在某些场合可用规定调频灵敏度所确定的直线作为理想直线。通常则由压控范围内B线用最小二乘法求得的直线作为理想直线。
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短期频率稳定度
晶体振荡器输出信号不仅仅是所希望的那个单一频率，此外还包括噪声，谐波，杂波以及环境变化影响的成分，所以这一瞬间与那一瞬间信号频率是有差异的。短期频率稳定度是用以描述瞬时频率相对其平均值随机起伏程度的术语，“它已排除了可确定因素（如电源电压、温度、老化等）的影响。因此短期频率稳定度是采用处理随机过程的概率统计方法，用其方差、自相关函数、频谱密度等数学形式来描述。
1。相对频率起伏
晶体振荡器输出信号可用下式表示：V(t)=[+e(r)]sino(r)
[+e(n)]sinl2nFot+o(n]
式中：V。
瞬时频率
平均电压幅度：
平均频率；
幅度起伏函数：
相位起伏函数。
瞬时相对频率起伏
Ⅱ相对频率起伏的采样方差
F()-Fo
2元F。
（2）
相对频率起伏Y（）是时间的随机函数，通常重复多次测量在一定采样时间内的平均值：用其采样方差来估算。
Y（0)在第K个采样时间T内的平均值为(t)d
（)()
2元F。
式中：采样时间；
I++=tx+T
T为采样周期（TT）
K=0,1,2,
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Fk-—-第K个采样时间的平均频率。对采样周期为，采样时间为，的N次贯序采样的采样方差为：N
0?(N,T.T) =
式中：
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应该指出，由于绝大多数晶体振荡器存在闪频噪声使相对频率起伏成为非平稳的随机过程，当N-→时方差是发散的。因此用采样方差时指明N，T，T值是十分重要的。（4）式的值本身仍然还是随机量，应进行多次测量，例如进行M组（每组N次采样）测量然后求这M→时的统计平均值：
(YK-Y)
（5）
（5）式就是相对频率起伏采样方差的基本定义式。当M为有限数时则以算术平均值代替统计平均值。
山：相对频率起伏的阿仑方差
为了解决避免采样方差发散问题，阿仑提出了种N2，T二T的采样方式，即相继两次无间隙连续采样方式。这种采样方差就是作为短期频率稳定度时域优选量度的阿仑方差，记为02(T)=<0y3(2, T, T1
(Y2-Y1)2
实际上也只能用有限采样来估算阿仑方差：Oy2(m, 2.t.t)
(YK+1-Yk)2
(Yk+)-Yk)?
2(M-1Fo
（6）
般当M>10时方差的不精确性0
可以证明（7)式是（6)式的无偏估计。其精度随M增加而提高。可由下式计算
式中K。是与噪声类型有关的系数。注：个
K.=K+K,2+2+3,+K
Kz=K#0.99
实际上在某一段采样时间内往往只有两三种噪声起作用。若采用最保守的估计（即五种噪声同时存在）K。一二2.1②噪声类型可以从，～o（）关系曲线来确定。共9页第8页
IV，相对频率起伏的均方根值
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定义为相对频率起伏采样方差的平方根值：o,(N, T,) =[oy2(N, T, t)1
由于采样方差的发散，因此用阿仑方差的平方根值作为优选的相对频率起伏均方根值：4F
(T)rm:=[02()1/2
(YK+I-Yk)
V.采样方差与阿仑方差之间的换算关系2
（8）
从阿仑方差定义出发需无间隙采样是比较困难的。但由于大多数噪声过程都能用幕律谱表征，都可以用两个巴纳斯偏倚函数（可查有关资料的表格）在不同的N，T，T值之间进行转换：B,(N,r,u) =
oy2(N,T,t)
Or2(2,T,1)
B2(r+u)=-0r(2. T.t)
a2(2,t,t)
式中：=T/T
u=（a+1),当au=-2，当a>1时
a为频率起伏功率谱密度幕律表达式的指数【Sr(J）=EC。]VI。相对频率起伏，相位起伏的自相关函数和功率谱密度随机过程还可以用自相关函数来表征。相位起伏和相对频率起伏的自相关函数为：R,()=<@(D).@(+)
Rr(T)=
(2aFo)3
（10)
通常我们近似地认为晶体振荡器噪声引起的频率变化过程是一个广义平稳的随机过程。也就是说品体振荡器的相位起伏，频率起伏近似地认为与时间的延续无关，即：Re()=(t+$).p(+g+t)
=()(t+t)
（2元F0）2
2元F0）2
据维纳一欣卿（Wiener-Xmumm）定理自相关函数与谱密度函数互为付氏变换S=J
Re(r).e-1idt
=2JRe(T).cos2uftdt
Sy（=
Rr(t).cos2nfrdt
2JRy(r).cos2nftdt
式中：了
一付立叶频率。
S。（为（1)式的V（）通过理想相位检波器（鉴相器或比相器）后输出信号的频谱。(12)
（13）
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Sy（为(1）式的V（）通过理想频率检波器（鉴频器）后输出的频谱。两者的关系为：
VI．寄生调频
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它是从频率起伏函数幅度方面来描述输出信号随机起伏特性的。它可用付立叶幅度频谱来表示，也可以用特定系统带宽内总有效值来表示。寄生调频的幅度频谱为：
量纲为Hz-1。为决定它的有效值将信号通过具有f。一f带宽的理想鉴频器，求出频带内不相关随机分量功率之总和：
[Ff.fo] ..[ srDdr ]'
谨。相位噪声（相位抖动）
它表示了相位起伏特性。它可以用相位起伏函数@（1）表示，也可以用其功率话度S。（）表示。另外还可以象寄生调频一样用特定频带f。一。内相位起伏有效值表示：[ o(fa,fo)」 rms=[了s,(dj]
X：阿仑方差与谱密度函数之间的换算关系由（6）、（3)和（12)式
<(Y,-Y)2
<([@(2T+T)-@(2T)]-[@(T+)-@(T)I)（2元F1）2
【6R（0）+2R（2t)-8R。(t)]
（2nFo）2
2s(0[3+cos(2f-2t)-4cos2mftld2m(2元F。z)2
Js(sin(aft)
d（元ft）
（元Fot）2
sin4（元/t）
(元f)2
上述由S。（或S（)计算o2（T)已经有表可查了。
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