不同时基和性能的石英晶体振荡器
现代电子设备使用时基进行各种应用。通信系统依靠时基对数据进行调制和解调，GPS系统依靠时基对数据进行精确定位，许多其它应用依靠时基对管理系统中的数据流进行管理。随着应用范围的扩大和频率的增加，设计人员需要具有较强稳定性和较低噪声的时基。因此，振荡器设计者需要不断地向前推进。动态严格稳定，限低噪声振荡器设计。
相位噪声是存在于所有现实世界的振荡器和信号发生器中的一个不需要的实体。在传统的接收机中，它会导致输入信息失真或完全丢失。在相位调制应用中，它会导致高误码率。因此，有必要了解和量化相位噪声，以使其正确。先进产品的影响最小化。
时间是每个人生来就有的概念，是生命的一个功能。它将我们的世界定义为天、月和年。当我们看钟的时候，我们知道它是什么时候的。但是，我们真的了解时间吗？它是如何定义它的？像所有的测量一样，时间是以一定程度的不确定度来测量的。在工程应用中，我们基本上使用这种不确定性的副产品是相位噪声。每个振荡器固有的不稳定性是围绕振荡器频率的噪声频谱。这个噪声带通常是在1兆赫时从载波到距离载波测量的。它被描述为一条dbc /hz对f（hz）曲线，显示出来。它显示了在给定频率下噪声功率与载波功率的距离。
时基
作为工程师，我们习惯于看频率计数器和阅读显示器来确定我们工作的频率。但是这个测量有多精确？测量的不确定度取决于计数器用来驱动内部电路的时基的精度。这个时基并不完美，因此它会扭曲频率读数的结果。对于那些需要非常精确的频率测量的人。在应用中，时基的准确度是最重要的。
和其他度量一样，时间是不确定的。然而，时间是人类生产最准确的标准。第二个定义是铯133（CS-133）的共振频率，即9192631770赫兹[8]。
因此，通过测量铯的振动，我们有了一个时间标准。国家标准与技术研究所是美国时间标准的守护者。截至2005年，NIST标准的不确定性为5x10-16s，这意味着它在6000万年内不会增加或减少一秒钟，[9]。
铯原子钟虽然精度高，但有几个缺点，使其不适合商业电子应用。铯标准的成本禁止用作时间基准。其次，它们非常大。NIST标准占据了大部分房间。尽管有更小的铯标准，但它们不是便携式的。此外，铯标准还有预热时间。保持打开。电很重要，因为停电可能意味着精度下降。最后，铯，作为铯的标准燃料，将自然耗尽，有效地“消耗设备中的气体”。
由于铯不能有效地用于商业电子产品或大多数实验室应用，因此必须考虑其他定时源。铷提供了非常精确的频率计数，类似于铯，但它也有同样的缺点。铷标准只比铯稍差一点，因此它们的相关成本很高。它们不是便携式设备，必须
铷标准与铯同样存在燃料消耗问题。
石英晶体振荡器是大多数消费电子产品的选择。石英通过压电效应工作。施加在晶体上的电压使它以一种非常稳定和可预测的方式振动。通过切割和成型石英可以获得所需的振荡频率。
石英有许多优点：它价格便宜（与铯和铷相比），体积小（小于3.2 mm×2.5 mm的晶体包装尺寸），Q含量高（大于500 K的大坯料）。几十年来石英一直是定时设备的选择。
石英晶体振荡器
晶体振荡器有多种形状和尺寸。XO是石英晶体和驱动电路。这些裸骨钟既便宜又小，但精度有限，因为晶体在大约+\/-30ppm的温度下漂移。
TCXOS（温控晶体振荡器）利用补偿电压来校正晶体的自然温度漂移。这是通过传统的热敏电阻网络或多项式发生器实现的。TCXOS在温度范围（+\/-0.25pm）更稳定，尺寸更小（2.0mmx2.5mm），功耗更低（在某些情况下为2mA）。
MCXOS（微处理器控制的晶体振荡器）利用微处理器通过检测工作温度来校正晶体的自然温度漂移，并利用这些数据来校正振荡器的频率。这些振荡器可以达到+\/-0.1pm的温度稳定性，但是
它占地面积稍大，耗电量大，并且由于微处理器在振荡器中运行而降低了噪声特性。
cxos（烤箱控制晶体振荡器）和docxos（双烤箱控制晶体振荡器）提供了石英晶体振荡器必须提供的最大稳定性。通过加热内部电路，晶体几乎保持恒温，几乎消除了晶体的自然温度漂移。零件在10-10℃下的稳定性是可以实现的，但应称重封装面积（至少1平方）。英寸）和功耗（可能超过1a）。
尽管Q值很高，但石英晶体振荡器并不完美。理想情况下，正弦振荡器产生方程式1中的电压：
V（t）=VOCOS（2 FOT）（1）
vo是振幅，f0是频率，t是时间。
然而，现实世界中的振荡器有一定的振幅和相位波动，其行为与方程2[4]相同。
V（t）=[？vo+（t）]cos（2？福特+（T））（2）
vo是振幅，f0是频率，t是时间，t是振幅波动，t是相位波动。
振荡器的频率受几个因素的影响：温度、长期漂移和短期不稳定性。石英对温度非常敏感。在晶体的温度范围内，频率通常在+\/-30ppm之间漂移。