IEC 60679-2:2026

IEC 60679-2 ®
Edition 2.0 2026-08
NORME
INTERNATIONALE
Oscillateurs piézoélectriques, diélectriques et électrostatiques sous assurance
de la qualité -
Partie 2: Lignes directrices pour l’utilisation des oscillateurs
ICS 31.140  ISBN 978-2-8327-1418-8

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utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et
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La Commission Electrotechnique Internationale (IEC) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des
Normes internationales pour tout ce qui a trait à l'électricité, à l'électronique et aux technologies apparentées.

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SOMMAIRE
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION . 6
1 Domaine d’application . 7
2 Références normatives . 7
3 Termes et définitions. 7
4 Principe de fonctionnement des oscillateurs à quartz . 7
5 Classification des oscillateurs à quartz . 10
5.1 Généralités . 10
5.2 SPXO (oscillateur d'horloge) . 11
5.3 TCXO . 13
5.4 VCXO . 15
5.5 Oscillateur à quartz à enceinte à température régulée . 17
5.6 DCXO (Disciplining Control Crystal Oscillator) . 18
5.7 PLXO . 20
6 Tenue de la fréquence des oscillateurs à quartz . 21
7 Spécification et mesure des performances de l’oscillateur . 22
7.1 Généralités . 22
7.2 Effets environnementaux . 22
7.3 Variations de la fréquence aléatoire . 23
7.4 Bruit de phase . 26
7.5 Sortie différentielle des oscillateurs à quartz. 27
8 Paramètres de spécification clés . 27
8.1 Généralités . 27
8.2 Durée de conditionnement . 28
8.2.1 Généralités . 28
8.2.2 SPXO . 29
8.2.3 TCXO . 29
8.2.4 OCXO . 29
8.2.5 DCXO . 30
8.2.6 PLXO. 30
8.3 Plage d’ajustage de la fréquence. 30
8.3.1 Généralités . 30
8.3.2 Oscillateur à quartz simple en boîtier . 30
8.3.3 Pilote compensé en température . 31
8.3.4 Oscillateur à quartz à enceinte à température régulée . 31
8.3.5 DCXO et PLXO . 31
8.4 Tenue de la fréquence dans les conditions de température en régime établi . 31
9 Caractéristiques à spécifier dans les fiches article . 32
10 Précautions d’utilisation des oscillateurs à quartz . 36
10.1 Généralités . 36
10.2 Alimentation électrique . 36
10.2.1 Résistance interne de l’alimentation . 36
10.2.2 Bruit provenant de l’alimentation. 36
10.3 Tension de commande d’entrée . 37
10.3.1 Linéarité de la variation de fréquence . 37
10.3.2 Polarité de la tension de commande . 38
10.4 CEM (Compatibilité électromagnétique) . 39
10.5 Sélection des condensateurs de dérivation . 39
10.6 Oscillateurs à boucle à verrouillage de phase . 40
10.7 DES (Décharge électrostatique) . 41
Annexe A (informative) Sortie différentielle des oscillateurs à quartz. 42
A.1 Fréquence d’horloge et niveau du signal . 42
A.2 Caractéristiques de l’onde de sortie différentielle . 43
A.3 Avantage et précaution du signal différentiel . 44
A.4 Avantage de l’oscillateur à sortie différentielle . 45
A.5 Evaluation du signal de sortie différentiel . 45
Bibliographie . 46

Figure 1 – Mouvement du pendule oscillant . 8
Figure 2 – Circuit de l’oscillateur de Colpitts . 9
Figure 3 – Circuit équivalent d’un circuit oscillant de Colpitts . 9
Figure 4 – Schéma de base d’un oscillateur à quartz. 10
Figure 5 – Caractéristiques fréquence-température de cristaux de coupe AT selon
différents angles d’orientation . 12
Figure 6 – Caractéristiques fréquence-température d’un cristal type de diapason . 12
Figure 7 – Circuit oscillant CMOS et circuit équivalent . 13
Figure 8 – Schémas fonctionnels de différents pilotes compensés en température . 14
Figure 9 – Circuit oscillant VCXO et circuit équivalent . 15
Figure 10 – Oscillateur à quartz commandé par une tension avec circuits ajoutés pour
améliorer la largeur de bande et la linéarité. 16
Figure 11 – Diagramme de l’oscillateur à quartz à contrôle disciplinant . 18
Figure 12 – Diagramme de transition d’état de fonctionnement de DCXO . 20
Figure 13 – Type d’oscillateur à quartz et tenue de la fréquence . 21
Figure 14 – Spectre de puissance de sortie classique d’un oscillateur à quartz . 23
Figure 15 – Dépendance de la stabilité à court terme (variance d'Allan) sur le temps
de moyennage de l'échantillon pour un oscillateur à quartz typique . 26
Figure 16 – Comportement classique de tenue de la fréquence d’un oscillateur à
quartz à enceinte à température régulée après la mise sous tension initiale . 32
Figure 17 – Forme d'onde de sortie . 37
Figure 18 – Caractéristiques de bruit de phase . 37
Figure 19 – Exemple de circuit d’entrée d’un oscillateur à quartz commandé par
une tension à polarité positive . 37
Figure 20 – Caractéristiques de tension de commande-variation de fréquence
(polarité positive). 38
Figure 21 – Caractéristiques de tension de commande-variation de fréquence
(polarité négative) . 38
Figure 22 – Exemple de circuit d’entrée pour oscillateur à quartz commandé par une
tension à polarité négative. 38
Figure 23 – Simulation de la réponse en fréquence d’un condensateur de dérivation . 39
Figure 24 – Distance entre l’oscillateur à quartz et le condensateur de dérivation . 40
Figure 25 – Image d’amplification de gigue par montage en cascade de boucle
à verrouillage de phase . 41
Figure A.1 – Fréquence d’horloge en fonction du niveau du signal (fréquence de front
constante) . 42
Figure A.2 – Formes d’onde d’horloge et spécifications . 43
Figure A.3 – Effet du bruit (sortie unique) . 43
Figure A.4 – Effet du bruit (sortie différentielle). 44
Figure A.5 – Bruit en mode commun . 44
Figure A.6 – Diagramme de l’œil . 45

Tableau 1 – Liste des paramètres classiques de l’oscillateur . 28
Tableau 2 – Paramètres de stabilisation de l’oscillateur à quartz à enceinte à
température régulée . 29
Tableau 3 – Liste de contrôle des paramètres recommandés . 33

COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
Oscillateurs piézoélectriques, diélectriques et
électrostatiques sous assurance de la qualité -
Partie 2: Lignes directrices pour l’utilisation des oscillateurs

AVANT-PROPOS
1) La Commission Électrotechnique Internationale (IEC) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l’ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de l’IEC). L’IEC a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l’électricité et de l’électronique. À cet effet, l’IEC – entre autres activités – publie des Normes internationales,
des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au public (PAS) et des
Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de l’IEC"). Leur élaboration est confiée à des comités d’études, aux
travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’IEC, participent également aux
travaux. L’IEC collabore étroitement avec l’Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des
conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de l’IEC concernant les questions techniques représentent, dans la mesure du
possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de l’IEC intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de l’IEC se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de l’IEC. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que l’IEC
s’assure de l’exactitude du contenu technique de ses publications; l’IEC ne peut pas être tenue responsable de
l’éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d’encourager l’uniformité internationale, les Comités nationaux de l’IEC s’engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de l’IEC dans leurs publications nationales
et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de l’IEC et toutes publications nationales ou
régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) L’IEC elle-même ne fournit aucune attestation de conformité. Des organismes de certification indépendants
fournissent des services d’évaluation de conformité et, dans certains secteurs, accèdent aux marques de
conformité de l’IEC. L’IEC n’est responsable d’aucun des services effectués par les organismes de certification
indépendants.
6) Tous les utilisateurs doivent s’assurer qu’ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à l’IEC, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou mandataires,
y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d’études et des Comités nationaux de l’IEC,
pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre dommage de quelque
nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais de justice) et les dépenses
découlant de la publication ou de l’utilisation de cette Publication de l’IEC ou de toute autre Publication de l’IEC,
ou au crédit qui lui est accordé.
8) L’attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L’utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’IEC attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation d’un
ou de plusieurs brevets. L’IEC ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de tout
droit de brevet revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’IEC n’avait pas reçu
notification qu’un brevet pouvait être exigé à sa mise en application. Toutefois, il y a lieu d’avertir les
responsables de la mise en application du présent document que des informations plus récentes sont
susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l’adresse https://patents.iec.ch. L’IEC
ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de brevets et de ne pas avoir
signalé leur existence.
L’IEC 60679-2 a été établie par le comité d’études 49 de l’IEC: Dispositifs piézoélectriques,
diélectriques et électrostatiques et matériaux associés pour la détection, le choix et la
commande de la fréquence. Il s’agit d’une Norme internationale.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition parue en 1981. Cette édition
constitue une révision technique.
Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l’édition
précédente:
a) quelques nouveaux contenus qui reflètent les dernières technologies de fabrication;
b) ajout de contenu sur le principe de fonctionnement des oscillateurs à quartz;
c) ajout de contenu sur les précautions d’utilisation des oscillateurs à quartz.
Le texte de cette Norme internationale est issu des documents suivants:
Projet Rapport de vote
49/1540/FDIS 49/1544/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à son approbation.
La langue employée pour l’élaboration de cette Norme internationale est l’anglais.
Ce document a été rédigé selon les Directives ISO/IEC, Partie 2, il a été développé selon les
Directives ISO/IEC, Partie 1 et les Directives ISO/IEC, Supplément IEC, disponibles sous
www.iec.ch/members_experts/refdocs. Les principaux types de documents développés par
l’IEC sont décrits plus en détail sous www.iec.ch/publications.
Une liste de toutes les parties de la série IEC 60679, publiées sous le titre général Oscillateurs
piézoélectriques, diélectriques et électrostatiques de qualité contrôlée, se trouve sur le site
Web de l’IEC.
Le comité a décidé que le contenu de ce document ne sera pas modifié avant la date de stabilité
indiquée sur le site web de l’IEC sous webstore.iec.ch dans les données relatives au document
recherché. À cette date, le document sera
– reconduit,
– supprimé, ou
– révisé.
INTRODUCTION
Les oscillateurs à quartz sont souvent utilisés pour fournir les fréquences stables requises pour
les télécommunications, les navigations et les systèmes de traitement de données. En fonction
de la fréquence de fonctionnement, des conditions ambiantes et de la conception spécifique de
l’oscillateur, les oscillateurs à quartz sont capables d’assurer une stabilité de fréquence variant
-4 -10
de 1 × 10 à 1 × 10 .
Le présent document propose les lignes directrices décrivant les propriétés générales, les
caractéristiques de performance et les précautions d’utilisation des oscillateurs à quartz.

1 Domaine d’application
La présente partie de l’IEC 60679 décrit les propriétés générales, les caractéristiques de
performance et les précautions d’utilisation des oscillateurs à quartz. Le présent document
décrit principalement les oscillateurs à quartz, mais certaines descriptions s’appliquent
également aux oscillateurs autres que les unités de cristal (les résonateurs MEMS, par
exemple).
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie
de leur contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule
l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de
référence s’applique (y compris les éventuels amendements).
IEC 60679-1, Oscillateurs piézoélectriques, diélectriques et électrostatiques sous assurance
de la qualité - Partie 1: Spécification générique
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’IEC 60679-1
s’appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées
en normalisation, consultables aux adresses suivantes:
– IEC Electropedia: disponible à l’adresse https://www.electropedia.org/
– ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
4 Principe de fonctionnement des oscillateurs à quartz
Le principe de fonctionnement des oscillateurs à quartz est plus facile à comprendre que celui
d’un pendule. Pour maintenir le balancement d’un pendule, il convient de détecter la position
et le point temporel de l’amplitude maximale du pendule, et il convient de répéter l’opération
consistant à repousser le pendule de manière à maintenir le point temporel et la position. Le
pendule correspond à une unité de cristal qui comprend un amplificateur avec un circuit de
rétroaction qui fournit la force de détection et de refoulement (voir Figure 1).
Un amplificateur de rétroaction classique (circuit de Colpitts) est représenté à la Figure 2, où
les signaux aux deux bornes de l’unité de cristal sont divisés au niveau des condensateurs C
A
, l’un connecté côté entrée et l’autre côté sortie. Il peut être considéré que, dans le cas
et C
B
du pendule, la "détection" est donnée côté entrée de l’amplificateur de rétroaction et que la
"force de refoulement" est donnée côté sortie. Ici, R et R sont des résistances de décharge
A B
assurant une polarisation invariable à la borne de base du transistor d’oscillation,R est une
E
résistance de rétroaction négative connectée à l’émetteur et R est une résistance de charge
C
connectée au collecteur.
Ensuite, dans l’état d’oscillation (voir la Figure 3), le côté du circuit de l’oscillateur qui est vu
depuis les bornes de l’unité de cristal peut être représenté par un circuit en série de capacité
d’entrée équivalente C et de résistance d’entrée équivalente R . Dans ce cas, le côté unité de
i i
cristal équivaut à une inductance effective inductive L et une résistance effective R , les
e e
conditions d’oscillation du cristal étant les suivantes:
Condition de fréquence:
ωL −=0
(1)
e
ωC
i
où
est l'inductance effective inductive, et
ωL
e
ωC est la capacité d'entrée équivalente.
i
Condition d’amplitude:
R ≤ R
(2)
e
i
où
R est la résistance effective;
e
R est la résistance d'entrée équivalente.
i
La condition de fréquence détermine la fréquence d’oscillation. Pour la condition d’amplitude,
la résistance d’entrée équivalente côté circuit doit avoir une valeur négative au voisinage de la
fréquence d’oscillation et au niveau du petit signal au démarrage, cette valeur étant appelée
résistance négative. Cette résistance négative peut être obtenue avec des circuits actifs tels
que transistors et amplificateurs opérationnels. R doit être conçue pour être supérieure à R
i e
afin d’assurer une oscillation au démarrage de l’oscillateur, c’est-à-dire qu’ en régime
R = R
e
i
établi suivant la fin du démarrage et l’oscillation devient l’amplitude en régime établi.

Figure 1 – Mouvement du pendule oscillant
Figure 2 – Circuit de l’oscillateur de Colpitts

Figure 3 – Circuit équivalent d’un circuit oscillant de Colpitts
La capacité côté circuit C est appelée capacité de charge (C ) par rapport à l’unité et est un
i L
paramètre important qui détermine la quantité de variation de fréquence à partir de la fréquence
de résonance en série, de la sensibilité variable et de la stabilité de fréquence, etc. L’équation
relationnelle est la suivante:
Décalage de fréquence de résonance avec capacité de charge relative
ff−
L r
D ≈
L
f 
C (3)
r
L
21r +

C
0
où
f
L
est la fréquence de résonance de charge;
f
r
est la fréquence de résonance série.
=
Sensibilité de tirage
dD
−1
L
S ≈
dC
L (4)
C
L
21rC +

C

où
C
est la capacité parallèle de l’unité de cristal;
C
est la capacité dynamique de l’unité de cristal;
C C
est la capacité de charge ( côté circuit);
L i
r
CC
est le rapport de capacité de l’unité de cristal ( ).
5 Classification des oscillateurs à quartz
5.1 Généralités
En termes très généraux, un oscillateur à quartz peut être décrit comme étant constitué d’un
amplificateur ou d’un circuit de gain, associé à un circuit de réaction positive. Un circuit oscillant
classique est représenté à la Figure 4.

Figure 4 – Schéma de base d’un oscillateur à quartz
L’auto-oscillation de ce type de circuit se produit à condition que le gain en boucle ouverte
dépasse l’unité à une certaine fréquence pour laquelle la phase totale en boucle ouverte est de
2 nπ (n = 0, 1, 2.). Le niveau du signal d’oscillation dépend des caractéristiques de gain du
circuit, tandis que la fréquence d’oscillation est déterminée par des considérations de phase.
Le spectre du signal de sortie dépend du niveau d’oscillation, du bruit électrique des éléments
du circuit et des bandes passantes des circuits. En règle générale, la largeur spectrale est
extrêmement faible et, pour la plupart des applications, il convient que seul le comportement
en fréquence centrale ou moyenne soit pris en compte. Sans tenir compte pour l’instant de la
dégradation de la pureté d’un signal par le bruit électrique, la fréquence moyenne d’oscillation
est toujours déterminée par l’exigence de phase en boucle ouverte. Des écarts de fréquence
se produisent à chaque perturbation de la phase en boucle ouverte. Ces perturbations peuvent
généralement être considérées comme étant de deux types, à savoir:
a) écarts dans les paramètres de circuit électrique;
b) écarts dans l’unité de cristal.
=
Les écarts de type a) incluent des facteurs tels que les coefficients de température des
condensateurs, bobines d’inductance, résistances et transistors; le vieillissement de ces
dispositifs; leurs caractéristiques de tension et de courant et leur sensibilité aux perturbations
mécaniques. Quelle qu’en soit la cause, une perturbation de phase ( ) dans la phase de
φ
N
transfert du circuit provoque une variation de la fréquence moyenne d’oscillation:
Δφ
N
Δf = f
(5)
2Q
X
où
f
désigne la fréquence d'oscillation nominale et
Q
est l'efficacité du réseau de cristal à bande étroite.
Q
X
Les écarts de type b) incluent les variations des caractéristiques des unités de cristal dues à la
température, au gradient de température, au niveau d’excitation, au "vieillissement de
fréquence" et à l’environnement mécanique (chocs, accélération et vibrations). Le circuit
d’oscillation du cristal est généralement conçu pour utiliser un circuit de gain dont la bande est
aussi large que possible, afin de réduire autant que possible la sensibilité de phase du réseau.
Le réseau de rétroaction du cristal, d’autre part, est généralement conçu pour avoir une bande
de transmission aussi étroite que possible, de sorte que la fréquence d’oscillation ne dépend
essentiellement que des caractéristiques de l’unité de cristal. Lorsqu’un ajustage de la
fréquence est nécessaire, il est de préférence réalisé en introduisant une réactance variable
qui modifie la fréquence du réseau de cristal sans élargir la bande de transmission. Si ces
pratiques générales sont respectées, la tenue de la fréquence de l’oscillateur dépend
principalement des caractéristiques de l’unité de cristal, qu’il convient de choisir de manière à:
c) obtenir un facteur Q élevé;
d) présenter une faible variation de fréquence sur la plage de températures de fonctionnement
prévue;
e) obtenir une faible dépendance du niveau d’excitation (DLD, Drive Level Dependence) de la
fréquence et de la résistance de résonance;
f) assurer une faible sensibilité aux chocs mécaniques, à l’accélération et aux vibrations;
g) présenter une faible dérive de fréquence due au vieillissement.
5.2 SPXO (oscillateur d'horloge)
La plupart des équipements électroniques doivent fonctionner sur une plage de températures
ambiantes, c’est-à-dire −10 °C à +60 °C, ou −40 °C à +85 °C. Par conséquent, la caractéristique
fréquence/température de l’unité de cristal est généralement le facteur le plus important pour
déterminer la tenue de la fréquence des oscillateurs à quartz simple en boîtier (SPXO - Simple
Packaged Crystal Oscillator). Pour les unités de cristal basse fréquence qui vibrent en modes
-4
de flexion ou d'extension, des écarts allant jusqu'à ±1 × 10 peuvent être attendus, tandis que
les types de cisaillement d'épaisseur (fréquences supérieures à environ 1 MHz) peuvent varier
-5
d'environ ±2 × 10 sur une plage de température comprise entre −40 °C et +90 °C. Lorsqu'une
meilleure stabilité de fréquence est exigée, il est nécessaire de fournir un circuit de
compensation de température ou de fournir un environnement stabilisé à la température pour
l'unité de cristal au moyen d'un dispositif de régulation de température. Les caractéristiques
spéciales des oscillateurs de ces types sont examinées en 5.3. Le comportement thermique de
la fréquence des unités de cristal dépend des dimensions de la lame de quartz, du mode de
vibration, du matériau et de l’épaisseur des électrodes, des méthodes de montage utilisées et,
principalement, de l’orientation de la lame par rapport aux axes cristallographiques. Figure 5
montre les caractéristiques qui peuvent être obtenues pour différentes orientations d'une unité
de cristal coupée en AT.
Δ
Figure 5 – Caractéristiques fréquence-température de cristaux
de coupe AT selon différents angles d’orientation
Figure 6 représente les caractéristiques qui sont obtenues avec des cristaux de diapason, par
exemple à la fréquence d'horloge commune 32,768 kHz.

Figure 6 – Caractéristiques fréquence-température d’un cristal type de diapason
La variation de fréquence en fonction du temps, généralement appelée "vieillissement de
fréquence", est principalement fonction du cristal utilisé. Un taux de vieillissement classique
-6
des cristaux en mode fondamental de 10 MHz est de 2 à 5 × 10 par an, alors que les unités
en mode partiel et les unités bien vieillies présentent des valeurs inférieures. En règle générale,
le vieillissement n’est pas important dans les applications utilisant un oscillateur à quartz simple
en boîtier, car il est faible par rapport aux écarts de fréquence causés par les variations de
température. Le circuit d’oscillation de l’oscillateur à quartz simple en boîtier est un
amplificateur de rétroaction permettant de faire fonctionner l’unité de cristal, et le circuit
oscillant CMOS utilisé dans les oscillateurs à quartz pour les horloges, etc., est essentiellement
un circuit équivalent à celui présenté à la Figure 7, le côté circuit pouvant être représenté par
une résistance interneR et une alimentation en tension à onde carrée qui varie de 0 V à V .
d DD
C et C sont des capacités;
A B
R est la résistance d’amortissement.
d
Figure 7 – Circuit oscillant CMOS et circuit équivalent
Pour la tenue de la fréquence de l’oscillateur à quartz simple en boîtier, les caractéristiques de
l’unité de cristal utilisée sont pratiquement les mêmes que celles de l’oscillateur. La tenue de
la fréquence est déterminée par les caractéristiques de l’unité de cristal, parmi lesquelles les
caractéristiques fréquence/température et le vieillissement sont généralement prédominants.
5.3 TCXO
Pour obtenir une meilleure stabilité que celle possible avec l’oscillateur à quartz simple en
boîtier, des pilotes compensés en température (TCXO - Temperature Compensated Crystal
Oscillator) peuvent être utilisés. La stabilité du pilote compensé en température est améliorée
au détriment d’une plus grande complexité du circuit et d’un coût plus élevé.
Les pilotes compensés en température sont des oscillateurs qui assurent une compensation de
température pour les caractéristiques fréquence/température, lesquelles fluctuent le plus dans
les caractéristiques de tenue de la fréquence, de sorte que les fluctuations de fréquence sont
encore inférieures à celles des caractéristiques fréquence/température théoriques des unités
de cristal. Les nouveaux systèmes de communication permettant le passage à des bandes de
fréquences élevées et l’utilisation efficace des fréquences nécessitent une importante tenue de
la fréquence sur une large plage de températures. Les pilotes compensés en température sont
utilisés dans de nombreux systèmes de communication mobiles en tant qu’oscillateurs de
référence adaptés à cet effet. Ils peuvent généralement être classés dans les trois catégories
suivantes en fonction de la méthode de compensation fréquence-température et des
performances exigées.
a) Type analogique direct [Figure 8 a)]
Le circuit de compensation de température étant directement connecté à l’unité de cristal,
une composante de résistance du circuit est ajoutée au circuit de résonance à quartz, ce
qui entraîne une diminution de Q effective et une variation importante de Q effective en
fonction de la température. La section de circuit de compensation de température exige une
conception du circuit de compensation permettant d’aplanir les caractéristiques de
fréquence de l’unité de cristal. En règle générale, une tenue de la fréquence d’environ ±1,5
-6
(−40 °C à +85 °C) peut être obtenue.
à ±3,0 × 10
b) Type analogique indirect [Figure 8 b)]
Il s’agit d’un oscillateur conçu de manière à utiliser la tension de référence fournie par une
alimentation stabilisée pour générer une tension de compensation créée par un circuit de
compensation de température, lequel est composé d’une résistance et de capteurs de
température (habituellement des thermistances), cette tension de compensation étant
ensuite fournie à l’oscillateur à quartz commandé par une tension (VCXO - Voltage-
Controlled Cystal Oscillator), ce qui donne des caractéristiques plates en termes de
fluctuations de fréquence dues aux variations de température ambiante. Pour déterminer
les valeurs d’élément du circuit qui compensent les caractéristiques fréquence/température
correspondant à la fonction cubique de l’unité de cristal sur une large plage de
températures, il est nécessaire d’utiliser un ordinateur pour obtenir une solution approchée
multipoint avec la température comme fonction. L’exactitude de compensation est limitée à
-6
±0,5 × 10 (−20 °C à +70 °C), bien qu’elle soit bien meilleure que la première. Ces
dernières années, grâce à la technologie des circuits intégrés, l’apparition de circuits
intégrés de pilote compensé en température à puce unique incorporant un circuit de
compensation de température configuré pour obtenir une fonction de compensation de
température d’ordre supérieur en combinant des amplificateurs différentiels et un circuit
d’oscillation, a permis de fabriquer des pilotes compensés en température plus petits,
contribuant de manière significative à la miniaturisation des terminaux mobiles. En règle
-6
générale, une tenue de la fréquence d’environ ±0,5 à ±2,0 × 10 (−40 °C à +85 °C) peut
être obtenue. Il convient de noter que l'hystérésis de fréquence peut détériorer la stabilité
de fréquence.
c) Type numérique indirect [Figure 8 c)]
Cette méthode consiste à procéder à un fin contrôle numérique de la compensation pour de
minuscules variations de température, afin d’augmenter la tenue de la fréquence. Cette
méthode consiste généralement à convertir numériquement les informations de température
obtenues par le capteur de température et à enregistrer les informations de tension
correspondantes de sorte que l’écart de fréquence devienne nul dans un support de
stockage (une mémoire morte, par exemple). Ensuite, pendant le fonctionnement,
l’oscillateur à quartz commandé par une tension est commandé en lisant les informations
de tension correspondant aux informations de température sur le support de stockage. La
limite théorique de tenue de la fréquence est déterminée par le coefficient de température
maximal de l’unité de cristal en fonction de l’incrément de la température ambiante et de
l’exactitude de conversion de tension du convertisseur N/A ou A/N. En règle générale, une
-6
tenue de la fréquence d’environ ±0,05 à ±0,5 × 10 (−10 °C à +60 °C) peut être obtenue. Il
convient de noter que des discontinuités de fréquence peuvent se produire si la température
ambiante fluctue entre les paliers de température discrets. En outre, l'hystérésis de
fréquence peut détériorer la stabilité de fréquence.

a) Type analogique direct b) Type analogique indirect c) Type numérique indirect

Figure 8 – Schémas fonctionnels de différents pilotes compensés en température
5.4 VCXO
Dans de nombreuses applications telles que la génération de signaux de télécommunication à
modulation de fréquence à bande étroite (FM), des flux de données à modulation par
déplacement de fréquence (MDF), ou l'obtention d'un verrouillage de phase de fréquence de
sortie (PLL) vers un signal de référence externe, il est pratique de pouvoir commander la
fréquence d'un oscillateur à quartz en appliquant une tension variable au dispositif. Cette
fonction est réalisée de la même manière que la fréquence du pilote compensé en température
est ajustée par la fonction de tension dépendante de la température générée par le réseau de
thermistances. Les différences de principe sont que, pour les premières, les fils de tension de
la diode à capacité variable sont accessibles à l’utilisateur, aucun réseau de thermistances
n’est exigé et la plage sur laquelle la fréquence de l’oscillateur peut être accordée est rendue
relativement grande. Le principe de fonctionnement s’apparente à celui de l’oscillateur à quartz
simple en boîtier, mais le circuit de base est tel que représenté à la Figure 9, avec une diode à
capacité variable connectée en série à l’unité de cristal comme circuit supplémentaire et une
borne pour lui fournir la tension à partir d’une source externe. La plage de commande de la
fréquence et le point de fonctionnement sont déterminés par la caractéristique tension/capacité
de la diode à capacité variable et la capacité d'entrée côté circuit, y compris cette diode. Si une
inductance est ajoutée en série avec l’unité de cristal pour élargir la plage de commande
L
de la fréquence ou améliorer sa linéarité, la capacité d’entrée décrite ci-dessus est le même
résultat qu’une valeur de capacité négative C en série équivalente à la réactance de la bobine,
T
et peut être obtenue par la formule suivante (6). Le calcul peut être le suivant:
Capacité d’entrée du circuit:
CC
Ti
C =−
(6)
IN
CC−
i T
L est l'inductance effective;
e
R est la résistance effective;
e
C est la capacité d'entrée équivalente;
i
R est la résistance d'entrée équivalente.
i
Figure 9 – Circuit oscillant VCXO et circuit équivalent
La largeur de bande du signal de modulation auquel l’oscillateur à quartz commandé par une
tension répond dépend de la largeur de bande de fréquence radio du réseau de rétroaction du
cristal, tout comme elle dépend de la largeur de bande de base du circuit d’entraînement de la
diode à capacité variable. La linéarité de modulation (c’est-à-dire en fonction de la tension de
modulation) dépend de la combinaison des caractéristiques de la diode à capacité variable et
des paramètres de l’unité de cristal. Pour obtenir une bonne linéarité et/ou augmenter la plage
d’écart de fréquence, il est souvent nécessaire d’utiliser un réseau de rétroaction plus
sophistiqué (celui de la Figure 10, par exemple).

Figure 10 – Oscillateur à quartz commandé par une tension avec circuits ajoutés pour
améliorer la largeur de bande et la linéarité
L’oscillateur à quartz commandé par une tension peut à peu près être classé dans les deux
types suivants:
a) ceux dont la linéarité de la tension d’entrée en fonction de la variation de fréquence est
importante (modulation MF et MDF, par exemple);
b) ceux permettant d’obtenir une boucle à verrouillage de phase (PLL) de la fréquence de
sortie sur un signal de référence externe.
À mesure que les systèmes de communication MF deviennent plus sophistiqués, le premier est
adapté aux communications avec un indice de fréquence de modulation large (les signaux
numériques, par exemple) et peut être transformé en modulateur MF à haute tenue de la
fréquence si une fonction PLL est ajoutée. Le dernier est utilisé comme source de signal dans
les systèmes de communication, les instruments de mesure, etc., qu’il convient de verrouiller
en phase par rapport à un signal de référence. De plus, des unités de cristal étant utilisées, les
oscillateurs présentent de meilleures caractéristiques de pureté du signal et de bruit de phase
que ceux utilisant d’autres dispositifs.
5.5 Oscillateur à quartz à enceinte à température régulée
Le pilote compensé en température évoqué en 5.3 peut assurer une stabilité fréquence-
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température d’environ 1 × 10 sur une large plage de températures ambiantes. Pour les
applications nécessitant une meilleure stabilité, un oscillateur à quartz à enceinte à
température -régulée (OCXO - Oven-Controlled Crystal Oscillator) est utilisé. Pour obtenir une
tenue de la fréquence plus élevée, l’oscillateur à quartz à enc
...