3.3 晶体时钟

晶体时钟简称晶体钟，它以石英晶体振荡器为频率源，通过锁相环技术提纯稳定，产生频率标准。由于应用了高级恒温控制技术，晶体钟有良好的短期稳定性；同时由于它体积小、重量轻、耗电少、价廉，在通信领域得到广泛应用。但是，由于晶体钟的长期稳定度和老化性能不及原子钟，故在同步网中多作为从钟使用。

晶体钟由鉴相器、数字环路滤波器、石英晶体振荡器和分频器组成，如图3.4所示。

图3.4 晶体钟的组成

晶体钟的工作过程是：石英晶体振荡器的输出信号部分送至分频器，经分频后反馈给鉴相器，与输入基准信号鉴相，其输出与二者相位差成正比。鉴相器一般通过采样方式测量相位差，采样周期与数字滤波器的时间常数有关。数字环路滤波器包括移位寄存器、积分器、时间常数控制器和数/模转换器。当鉴相器的相位差送入寄存器后，积存到一定量的增值再送到积分器，其结果送入时间常数控制器，经时延后再由数/模转换器转换成电压，控制晶体振荡器的振荡频率。数/模转换器的位数决定了频率调节的步长。当外同步输入信号与输出反馈信号的相位差稳定在一个很小的数值范围内时，时钟处于稳定状态，输出信号与输入信号保持同步。

晶体钟的性能主要由晶体振荡器和锁相环的特性决定：振荡器决定了时钟的准确度和稳定度，锁相环则决定滤波噪声的特性。当然，对时钟的准确、稳定也有一定的影响，例如数/模转换器就决定了时钟频率调整的精度。

晶体钟在同步网中作为从钟，常处于同步跟踪状态，要求对输入定时信号中的噪声有良好的滤除性能。输入定时信号噪声主要指抖动（10Hz以上）和漂摆（10Hz以下），本质上是信号的相位噪声；抖动的滤除较容易，而漂摆的滤除则较难，它取决于锁相环的截止频率fc，而fc与锁相环的时间常数τ有以下关系：

由式（3.8）可知，τ越长，截止频率fc越低，对低频漂摆的滤除效果越好。此外，时间常数τ还与时钟的工作状态有关。当外同步信号刚接入时，时钟进入快速捕捉过程，要求时间常数小，以便能迅速跟上外同步信号；当时钟逐渐进入锁定状态时，要求时间常数逐渐增大，以便更好地滤除同步定时信号的漂摆噪声。所以，要求时间常数τ可变。