恒溫晶振（Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO）是一種高精度頻率基準(zhǔn)，本質(zhì)上是一個(gè)小型電子系統(tǒng)。OCXO與馴服晶振（GPSDO）、銣原子鐘一樣重要，而且性價(jià)比更高，用途也更加廣泛。隨著5G應(yīng)用普及，OCXO的需求快速上升，一個(gè)5G小基站至少需要一個(gè)OCXO，而宏基站可能需要超過十個(gè)OCXO。

技術(shù)特點(diǎn)

恒溫晶振（OCXO）是裝在“恒溫箱”的石英晶體振蕩器，它利用恒溫槽使石英晶體諧振器（quartz crystal）的溫度保持恒定，將周圍溫度變化對(duì)振蕩器輸出頻率的影響降低到最小。

由于采用了專門的保護(hù)電路和保護(hù)措施，OCXO具有超低短期穩(wěn)定性（<-178dBc），老化率非常低（每年0.05-0.5ppm），其性能不受外界溫度、重力和振動(dòng)等因素的影響。但是，任何降低、改變熱量的因素都將導(dǎo)致恒溫槽的核心溫度漂移，使OCXO達(dá)不到標(biāo)稱頻率穩(wěn)定度的要求。

為了進(jìn)一步提高頻率穩(wěn)定度，采用雙層恒溫設(shè)計(jì)的雙層恒溫石英振蕩器（DOCXO）應(yīng)運(yùn)而生，其溫度穩(wěn)定度在-40至85°C范圍內(nèi)可以達(dá)到±0.1ppb；-10至70°C范圍內(nèi)可以達(dá)到±0.05ppb；日老化指標(biāo)可達(dá)0.05 ppb；24小時(shí)累計(jì)時(shí)間誤差為2.16μs，實(shí)現(xiàn)了與銣原子鐘同等的穩(wěn)定度。

由于OCXO出色的短期穩(wěn)定性，業(yè)界還在其基礎(chǔ)上外加馴服制造出性能接近原子鐘的馴服晶振（GPSDO）。即不破壞OCXO晶振短期穩(wěn)定性的前提下，以GPS/BDS接收機(jī)輸出的秒脈沖信號(hào)為參考，通過信號(hào)追蹤環(huán)路校正補(bǔ)償恒溫晶振（OCXO）的頻率偏移，把OCXO晶振的輸出信號(hào)從10^?7量級(jí)馴服到10^?12級(jí)別。

但是，OCXO晶振本質(zhì)上是一個(gè)小型電子系統(tǒng)，涉及晶體振蕩電路、電源電路、熱流設(shè)計(jì)等復(fù)雜的系統(tǒng)技術(shù)。因此，OCXO必須使用多層板，必須有系統(tǒng)布線考慮，控制熱傳導(dǎo)、熱瞬變，以及熱流。不妥當(dāng)?shù)?a target="_blank">PCB布線可能由于附近元器件的發(fā)熱，導(dǎo)致恒溫槽核心溫度過熱，使頻率穩(wěn)定性衰退。

關(guān)鍵參數(shù)

OCXO晶振的主要沒參數(shù)有標(biāo)稱頻率、頻率精度、頻率穩(wěn)定度、頻率老化、功耗、工作溫度等。

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圖2. 恒溫晶振典型參數(shù)

（1）尺寸（Dimension）：晶振的外形大小，區(qū)分SMD和THT兩種安裝形式。

（2）標(biāo)稱頻率（MHz）：這是晶振輸出的基準(zhǔn)頻率，也稱頻點(diǎn)。如果該頻點(diǎn)與應(yīng)用不符合，用戶可向晶振廠家訂制專門的頻點(diǎn)。

（3）電源電壓（VCC）：晶振工作必須的電壓，一般為3.3V/5V/12V。

（4）工作溫度（Operating temp. range）：振蕩器能正常工作。其頻率及其他性能均不超過規(guī)定的允許偏差的溫度范圍。

（5）頻率精度（frequency tolerance）：這是按規(guī)定條件，在+25°C基準(zhǔn)溫度下測(cè)試，晶體振蕩器的頻率相對(duì)于其標(biāo)稱值的最大允許偏差，即（f-f0）/f0，單位為ppm。

（6）頻率穩(wěn)定度（Frequency stability）：也稱溫漂，指輸出頻率相對(duì)于溫度的漂移。按規(guī)定條件要求，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對(duì)于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即±（fmax-fmin）/（fmax+fmin），單位為ppm。

（7）輸出功率（Output Power）：施加規(guī)定電壓和規(guī)定負(fù)載下，振蕩器消耗的電能，用電壓和消耗電流的積表示，單位為dBm。

（8）輸出電壓（正弦波）：施加規(guī)定的電壓和負(fù)載，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定后，用RF表測(cè)得的有效值或用示波器測(cè)量電壓峰-峰值后換算的有效值。

（9）諧波失真：用不希望的信號(hào)頻譜分量和有用信號(hào)頻率的諧波關(guān)系描述的非線形失真。

（10）穩(wěn)定時(shí)間（settle time）：在+25°C下，以通上電源60分鐘后的頻率為基準(zhǔn)來調(diào)整頻率偏差至指定偏差以內(nèi)所需的時(shí)間。

（11）相位噪聲（Phase Noise）：是指信號(hào)功率和噪聲功率的比率（C/N），是表征頻率顫抖的技術(shù)指標(biāo)。在對(duì)預(yù)期信號(hào)既定補(bǔ)償處，以1Hz帶寬為單位來測(cè)量相位噪聲。

（12）年老化率（Aging/year）：晶體振蕩器輸出頻率隨時(shí)間的變化，通常用一年為單位的頻率來量度，單位為ppm。

應(yīng)用趨勢(shì)

OCXO主要用途為通信基站、智能電網(wǎng)、測(cè)試及量測(cè)設(shè)備，以及雷達(dá)、制導(dǎo)等軍事和宇航等領(lǐng)域，并不斷向小型化、高精度、高可靠、低功耗技術(shù)方向發(fā)展。

封裝上，OCXO由傳統(tǒng)的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝轉(zhuǎn)變，這大大縮小了器件體積。在高精度和高穩(wěn)定度上，一些廠家已經(jīng)采用雙層恒溫設(shè)計(jì)，開發(fā)出雙層恒溫石英振蕩器（DOCXO）。

對(duì)于一些更高精度的導(dǎo)航應(yīng)用，引入GPS馴服信號(hào)的馴服晶振（GPSDO）具有優(yōu)良的短、中、長(zhǎng)期信號(hào)穩(wěn)定度，性能可與原子鐘媲美，并有可能取代細(xì)分市場(chǎng)中的OCXO應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅