壓控晶振怎么選

作者： 揚(yáng)興科技 日期：2022-02-03 瀏覽量：

  壓控晶振是石英晶體振蕩器的一種，全稱：電壓控制晶體振蕩器，是一種與晶體諧振器串聯(lián)插入變?nèi)荻O管，根據(jù)外部加入的電壓使二極管的容量發(fā)生變化，來達(dá)到輸出頻率可根據(jù)晶體諧振器的負(fù)載電容特性變化的晶體振蕩器。

  構(gòu)成及原理

  VCXO主要由石英諧振器、變?nèi)荻O管和振蕩電路組成，其工作原理是通過控制電壓來改變變?nèi)荻O管的電容，從而“牽引”石英諧振器的頻率，以達(dá)到頻率調(diào)制的目的。VCXO大多用于鎖相技術(shù)、頻率負(fù)反饋調(diào)制的目的。

  壓控晶振特點(diǎn)

  石英晶體振蕩器是由品質(zhì)因素極高的石英晶體振子(即諧振器和振蕩電路組成。晶體的品質(zhì)、切割取向、晶體振子的結(jié)構(gòu)及電路形式等，共同決定振蕩器的性能。壓控晶體振蕩器具有以下特點(diǎn)：

  ◆低抖動或低相位噪聲

  由于電路結(jié)構(gòu)、電源噪聲以及地噪聲等因素的影響，VCXO的輸出信號并不是一個(gè)理想的方波或正弦波，其輸出信號存在一定的抖動， 轉(zhuǎn)換成頻域后可以看出信號中心頻率附近也會有較大的能量分布，即是所謂的相位噪聲。VCXO輸出信號的抖動直接影響其他電路的設(shè)計(jì)，通常希望VCXO的抖動越小越好。

  ◆寬調(diào)頻范圍

  VCXO的調(diào)節(jié)范圍直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)范圍，通常隨著工藝偏差、溫度以及電源電壓的變化，VCXO的鎖定范圍也會隨著變化，因此要求VCXO有足夠?qū)挼恼{(diào)節(jié)范圍來保證VCXO的輸出頻率能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。

  ◆穩(wěn)定的增益

  VCXO的電壓一頻率 非線性是產(chǎn)生噪聲的主要原因之一，同時(shí)，這種非線性也會給電路設(shè)計(jì)帶來不確定性，變化的VCXO增益會影響環(huán)路參數(shù)，從而影響環(huán)路的穩(wěn)定性。因此希望VCXO的增益變化越小越好。

  壓控晶振分類

  常見的壓控振蕩器主要有反相器型VCXO、差分對型VCXO以及LC型VCXO。

  反相器型VCO的核心是由奇數(shù)個(gè)反相器組成，振蕩頻率由每個(gè)反相器的延時(shí)以及反相器的個(gè)數(shù)決定的。每個(gè)單元的延時(shí)時(shí)間與流過反相器的電流、電壓、工藝有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)的VCXO優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡單，振蕩頻率可以被設(shè)計(jì)得很高，但是它對電源或地的噪聲比較敏感，相位抖動較大。

  差分對型VCXO主要由差分對延時(shí)構(gòu)成，差分延時(shí)單元由壓控電流源、電阻負(fù)載以及NMOS管構(gòu)成。通過控制壓控電流源的電流控制振蕩頻率。差分對型VCXO的優(yōu)點(diǎn)是差分信號可以抑制地噪聲或電源噪聲，相位抖動較小，缺點(diǎn)是帶寬有限，不適于高頻應(yīng)用。

  LC型VCXO的特點(diǎn)是由于LC諧振腔的Q值很高，因而這種類型的VCXO的相位噪聲很低，因而常用于對頻率抖動要求非常低的頻率合成器中。并且這種結(jié)構(gòu)的工作頻率只與電感L和電容C有關(guān)，通過減小電感或電容并減小電路的寄生電容可以使得電路工作在很高的工作頻率下。

  參數(shù)及選型指南

  如何選購一款合適的VCXO壓控晶振，主要從以下9個(gè)參數(shù)維度來考量。

  1.頻率

  頻率越高一般價(jià)格越高。但頻率越高，頻差越大，從綜合角度考慮，一般工程師會選用頻率低但穩(wěn)定的晶振，自已做倍頻電路。總之頻率的選擇是根據(jù)需要選擇，并不是頻率越大就越好。要看具體需求。比如基站中一般用10MHz的恒溫晶振(OCXO) ，因其有很

  好的頻率穩(wěn)定性，屬于高端晶振。至于范圍，晶振的頻率做的太高的話，就會失去意義，因?yàn)橛衅渌玫念l率產(chǎn)品代替。

  2.頻率穩(wěn)定度(關(guān)鍵參數(shù))

  指在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，與標(biāo)稱頻率允許的偏差，用ppm(百萬分之一)表示。-般來說，穩(wěn)定度越高或溫度范圍越寬，價(jià)格越高。對于頻率穩(wěn)定度要求土20ppm或以上的應(yīng)用，可使用普通無補(bǔ)償?shù)木w振蕩器。對于介于土1至士20ppm的穩(wěn)定度，應(yīng)該考慮溫補(bǔ)晶振TCXO。對于低于士1ppm的穩(wěn)定度，應(yīng)該考慮恒溫晶振OCXO

  3.電源電壓

  常用的有1.8V、2.5V、3.3V、5V等，其中3.3V應(yīng)用最廣。

  4.輸出方式

  根據(jù)需要采用不同輸出。(HCMOS， SINE， TTL, PECL， LVPECL, LVDS， HSCL, PLL等)每種輸出類型都有它的獨(dú)特波形特性和用途。應(yīng)該關(guān)注三態(tài)或互補(bǔ)輸出的要求。對稱性、上升和下降時(shí)間以及邏輯電平對某些應(yīng)用來說也要作出規(guī)定,根據(jù)客戶需要我們可以幫助客戶選型。

  5.工作溫度

  工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的-40℃~+85℃這個(gè)范圍往往只是出于設(shè)計(jì)者們的習(xí)慣，倘若-20℃~+70℃已經(jīng)夠用，那么就不必去追求更寬的溫度范圍。對于某些特殊場合如航天軍用等，對溫度有更苛刻的要求。

  6.相位噪聲和抖動

  相位噪聲和抖動是對同一種現(xiàn)象的兩種不同的定量方式，是對短期穩(wěn)定度的真實(shí)度量。振蕩器以及其它利用基波或諧波方式的晶體振蕩器具有最好的相位噪聲性能。采用鎖相環(huán)合成器產(chǎn)生輸出頻率的振蕩器比采用非鎖相環(huán)技術(shù)的振蕩器一般呈現(xiàn)較差的相位噪聲性能。但相對的，擁有好的相位噪聲和抖動的同時(shí)振蕩器的設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積大，頻率低，造價(jià)高。實(shí)際上相位噪聲和抖動是短期頻率穩(wěn)定度的度量，所以一般越高端的晶振，即頻穩(wěn)越好的晶振，這些指標(biāo)也相應(yīng)越好。

  7.牽引范圍

  是針對VCXO的參數(shù)。帶有壓控功能的晶振為(VCXO) ，即通過調(diào)節(jié)控制電壓改變輸出頻率。牽引范圍為變化頻率(增大或減少)與中心頻率的比值。此值一般用ppm表示。通常牽引范圍大約為100一200ppm， 取決于VCXO的結(jié)構(gòu)和所選擇的晶體。

  8.封裝尺寸

  與其它電子元件相似，石英振蕩器亦采用愈來愈小型的封裝。通常，較小型的器件比較大型的表面貼裝或穿孔封裝器件更昂貴。所以，小型封裝往往要在性能、輸出選擇和頻率選擇之間作出折中。

  9.老化率

  隨著時(shí)間的推移，頻率值隨著變化的大小，有年老化和日老化兩種指標(biāo)。

  “墻裂”推薦產(chǎn)品

  揚(yáng)興下半年全新推出2款國產(chǎn)壓控晶振，頻率穩(wěn)定度均為±50ppm，超高頻可達(dá)1500mhz，快速出樣，無需長交期即可滿足客戶開發(fā)需求。

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