如何正確選擇溫補晶振？一文深度解讀

作者： 揚興晶振 日期：2022-06-16 瀏覽量：

  溫補晶振是一種石英晶體振蕩器，通過其附加的溫度補償電路來減小因環(huán)境溫度變化而引起的振蕩頻率的變化。TCXO通過采用感應(yīng)溫度補償網(wǎng)絡(luò)來控制環(huán)境溫度并將晶體拉至其標稱值。基本振蕩器電路和輸出級與VCXO中的預(yù)期相同。

  其溫度補償?shù)脑硎峭ㄟ^改變振蕩電路中的負載電容，使其隨溫度變化，來補償諧振器因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的頻率漂移。

  其實，對于溫補晶振是利用熱敏電阻等感溫元件組成溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路，將電壓施加到與晶體振蕩器串聯(lián)的變?nèi)荻O管上，通過晶體振蕩器串聯(lián)電容的變化來補償晶體振蕩器的非線性頻率漂移，這些都是溫補晶振。

  TCXO 晶振的應(yīng)用可以說是非常普遍，應(yīng)用范圍非常廣泛。而高精度、低功耗和小型化，在小型化與片式化方面，仍面臨不少困難，其中主要的有兩點：一是小型化會使石英晶體振子的頻率可變幅度變小，溫度補償更加困難;二是片式封裝后在其接作業(yè)中，由于焊接溫度遠高于溫補晶振的允許溫度，會使晶體振子的頻率發(fā)生變化，若不采限局部散熱降溫措施，難以將溫補晶振的頻率變化量控制在±0.5×10-6以下。但是，溫補晶振的技術(shù)水平的提高并沒進入到極限，創(chuàng)新的內(nèi)容和潛力仍較大。

  1.頻率準確度，在標準電源電壓，標準負載電容阻抗，基準溫度(25℃)以及其他條件保持不變的情況下，石英晶體振蕩器的頻率相對與其規(guī)定標稱值的允許偏差不得超過±50.

  2.溫度穩(wěn)定度，其他規(guī)格條件保持不變，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)石英晶體振蕩器輸出頻率的變化量相對于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即(fmax-fmin)/(fmax+fmin).

  ①頻率調(diào)節(jié)范圍:通過調(diào)節(jié)晶振的某可變元件改變輸出頻率的范圍.

  ②調(diào)頻(壓控)特性:包括調(diào)頻頻偏、調(diào)頻靈敏度、調(diào)頻線性度.

  ③調(diào)頻頻偏：壓控振蕩器控制電壓由標稱的值變化到值時輸出頻率差.

  ④調(diào)頻靈敏度：壓控晶體振蕩器變化單位外加控制電壓所引起的輸出頻率的變化量.

  ⑤調(diào)頻線性度：是一種與理想直線(二乘法)相比較的調(diào)制系統(tǒng)傳輸特性的量度.

  ⑥負載特性:其他條件保持不變，負載在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對于標稱負載下的輸出頻率的允許頻偏.

  ⑦電壓特性:其他條件保持不變，電源電壓在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對于標稱電源電壓下的輸出頻率的允許頻偏.

  ⑧雜波:輸出信號中與主頻無諧波(副諧波除外)關(guān)系的離散頻譜分量與主頻的功率比，用dBc表示.

  ⑨諧波:諧波分量功率Pi與載波功率P0之比，用dBc表示.。

  ⑩頻率老化:在規(guī)定的環(huán)境條件下，由于元件(主要是石英諧振器)老化而引起的輸出頻率隨時間的系統(tǒng)漂移過程。通常用某一時間間隔內(nèi)的頻差來量度，對于高穩(wěn)定晶振，由于輸出頻率在較長的工作時間內(nèi)呈近似線性的單方向漂移，往往用老化率(單位時間內(nèi)的相對頻率變化)來量度。

  TCXO的這些特性決定了它主要用于要求溫度穩(wěn)定性的應(yīng)用場合。TCXO 晶振比其他振蕩器(如SPXO 晶振和VCXO振蕩器)具有更好的溫度穩(wěn)定性。TCXO彌補了標準XO或VCXO與OCXO恒溫晶振之間的差距，后者更大，需要更多的功率來運行。技術(shù)推廣的目的是降低功耗和成本，因此TCXO為功耗和成本敏感型應(yīng)用提供了良好的中檔解決方案。

  大多數(shù)人只知道TCXO 晶振有一個膚淺的基礎(chǔ)。因為設(shè)計師發(fā)現(xiàn)可以使用DDS解決方案實現(xiàn)更好的頻率分辨率，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)向TCXO 晶振。因為轉(zhuǎn)向是在DDS而不是振蕩器中完成的，所以設(shè)計人員需要能夠?qū)︻l率如何，固定的參考值會隨溫度而變化做出一些假設(shè)，這樣他們就可以相應(yīng)地規(guī)劃鎖相的設(shè)計周期。

  通常的做法是使用規(guī)范，比如0.28ppm，對應(yīng)的是工作溫度范圍，通常是25℃。-20℃~+70℃和-40℃~+85℃是兩個常見的溫度范圍。如果將25℃的頻率設(shè)定為標稱值，則設(shè)備的頻率可能偏離或高于標稱頻率不超過0.28ppm，這與規(guī)定的溫度穩(wěn)定性不同，屬于第二種方法，使用峰值或僅去除無參考點的值。在第二種情況下，可能不知道標稱頻率將如何變化，但總范圍是已知的，并且使用定義的參考點的值來指定設(shè)備。

  TCXO對工程師很有用，因為他們可以使用10到40倍的溫度穩(wěn)定性，并且功耗和占地面積與標準VCXO相同。軸反轉(zhuǎn)使曲線向溫度穩(wěn)定性增加的方向增長。TCXO穩(wěn)定范圍覆蓋了VCXO和OCXO之間的中間位置(在某些情況下可以保留一些OCXO性能)。

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