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石英晶体，切角

压电材料，尤其是石英，具有将电能转化为机械能的特性，反之亦然。在技术应用中，通过施加交变电场来利用这种效应，这将导致材料振动并随后产生机械共振。这种电反应允许用作具有非常高品质因数Q和低温度系数的电谐振器。

可以使不同的石英晶体切割具有不同的特性。切割由围绕晶轴的两个旋转角phi和theta定义。最常见的切割是单旋转AT-cut (phi = 0°) 和双旋转 SC-cut (phi = 22°)。两种情况下的θ角都在34°左右。还存在其他用于特殊应用的双旋转切割，例如MSC-、IT-、FC-、LD-。

石英谐振器

晶体的频率与元素的厚度成反比。对于机械加工，这导致在基本模式下工作的晶体的频率上限约为 50MHz。为了在基模中达到更高的频率，KVG还生产化学蚀刻的倒置台面晶体，其中谐振器的中心部分被蚀刻成厚度低至10微米。

谐振器设计

基本模式和泛音模式

高频晶体在厚度剪切振动中振动，可以在基频或奇泛音模式下激发。泛音晶体的运动电容 C1n 随着泛音的阶数 n 减小，并且近似地由 C n C n 1 11 » 2 给出。因此，泛音晶体的CO/C1比比在基模下工作的晶体大得多，并且提拉范围减小了大约 n3倍。VCXO(压控晶振)中使用的晶体需要宽的拉动范围，因此在基模下工作。

不需要的响应和不谐波（杂散模式）

对于每个泛音，所有石英晶体谐振器都会产生一个主模式，即厚度剪切振动以及不需要的响应，即高于谐振频率的非谐波厚度剪切模式。除了常用的厚度剪切C模式之外，还存在另一种称为B模式的厚度剪切模式。与C模式相比，它具有更高的频率和更低的运动阻力，但温度系数更大。有时需要过滤此模式以使振荡器在C模式下工作。其他不需要的模式是剪切振动、弯曲振动、厚度振动和扭转振动，它们可能出现在所需的共振频率之上和之下。通过正确的振荡器设计，不需要的模式很少会引起问题。接近共振频率的不需要的模式会影响振荡器的启动行为，或导致在运行过程中切换到错误的频率。其他不良影响是由不需要的模式引起的频率和电阻随温度下降。杂散模式通常指定为非谐波模式的谐振电阻与主模式电阻的比率。KVG必须具有有关测试电路（例如 pi 网络或测量电桥）和杂散模式频率范围的详细信息。

等效电路

在谐振频率附近，晶体单元由图8所示的电气两极表示。
CO：分流电容（电极、晶体支架、引线和外壳之间的电容）
C1：运动电容（代表机械弹性）
L1：运动电感（代表机械惯性）
R1：运动电阻（代表机械损耗）

为什么TCXO有削波的正弦波输出？

大多数陶瓷LCC封装的TCXO温补晶振仅提供削波正弦波输出。这样做的原因有很多，尽管它让许多想要CMOS输出电平的电路设计人员感到沮丧。

* CMOS输出会显着增加TCXO IC的功耗。IC和封装中产生的温度梯度将限制实现最佳TCXO补偿的能力。

* 由于内部热梯度导致TCXO不符合规格，可能的CMOS负载范围很广会改变补偿设计。

* 当输出电平改变时，CMOS输出会导致电源和接地瞬变。这种噪声会对TCXO的相位噪声性能产生不利影响。

* CMOS输出会产生更大的EMI/RFI信号，这可能会导致难以满足美国FCC和其他国家最终系统的辐射能量限制。削波的正弦波，既是低幅度又主要是正弦波，导致低信号电平和更少的谐波。

* 使用这些TCXO的许多应用都有ASIC输入，可以接受削波正弦波并在内部转换为CMOS逻辑电平。

TCXO和OCXO技术之间的区别,集成电路技术的进步使得OCXO和TCXO模糊了他们的历史差异。随着技术的进步，这两种类型的振荡器使得许多设计者很难确定哪种技术是合适的,对于特定的应用。本应用笔记旨在为设计人员提供一个比较OCXO和TCXO的，以帮助作出更明智的选择，并实现给定应用的最佳性能

OCXO恒温晶振和TCXO温补晶振技术之间的当前分界线大约是0.28 PPM的水平,超过所需的温度范围。TCXO为第三层应用开发提高了温度范围内的稳定性，接近传统的稳定性,由OCXO实现的。由于这两种技术都适用于应用程序，这可能会造成混淆,决定哪一个最适合给定的应用。

TCXO是一种温补晶体振荡器，具有施加到电压上的校正电压 控制引脚。该电压随温度变化，使频率回到标称值。这应用在规格的整个频率范围内使用晶体。任何水晶耦合模式等相关问题无法校正，并且会叠加在频率-温度曲线上。这使得晶体的设计和制造变得困难,也是TCXO的重要组成部分。

温度稳定的环境具有一些固有的优点。这种方法大大地降低前面提到的温度系数效应。当EFC变化+/-4 ppm和+/- 8 ppm时，OCXO的频率温度特性去TCXO。数据显示与控制电压变化相关的OCXO的稳定性在范围内与50-100 ppb的TCXO相比，其为5-10 ppb

OCXO具有在非常窄的温度范围内锻炼石英晶体的额外优势窗口，通常为几度或更小。这大大减少了激发不必要的机会晶体中的模式。这种方法的最大缺点是设备的尺寸和电源要求。随着技术的发展，这些设备的尺寸和功率需求设备继续减少。