如何正确选择温补晶振?一文深度解读

作者: 杏盛晶振 日期:2022-06-16 浏览量:

  温补晶振是一种石英晶体振荡器,通过其附加的温度补偿电路来减小因环境温度变化而引起的振荡频率的变化。TCXO通过采用感应温度补偿网络来控制环境温度并将晶体拉至其标称值。基本振荡器电路和输出级与VCXO中的预期相同。


  其温度补偿的原理是通过改变振荡电路中的负载电容,使其随温度变化,来补偿谐振器因环境温度变化而产生的频率漂移。


  其实,对于温补晶振是利用热敏电阻等感温元件组成温度-电压转换电路,将电压施加到与晶体振荡器串联的变容二极管上,通过晶体振荡器串联电容的变化来补偿晶体振荡器的非线性频率漂移,这些都是温补晶振。


  TCXO 晶振的应用可以说是非常普遍,应用范围非常广泛。而高精度、低功耗和小型化,在小型化与片式化方面,仍面临不少困难,其中主要的有两点:一是小型化会使石英晶体振子的频率可变幅度变小,温度补偿更加困难;二是片式封装后在其接作业中,由于焊接温度远高于温补晶振的允许温度,会使晶体振子的频率发生变化,若不采限局部散热降温措施,难以将温补晶振的频率变化量控制在±0.5×10-6以下。但是,温补晶振的技术水平的提高并没进入到极限,创新的内容和潜力仍较大。


  1.频率准确度,在标准电源电压,标准负载电容阻抗,基准温度(25℃)以及其他条件保持不变的情况下,石英晶体振荡器的频率相对与其规定标称值的允许偏差不得超过±50.


  2.温度稳定度,其他规格条件保持不变,在规定温度范围内石英晶体振荡器输出频率的变化量相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频偏值,即(fmax-fmin)/(fmax+fmin).


  ①频率调节范围:通过调节晶振的某可变元件改变输出频率的范围.


  ②调频(压控)特性:包括调频频偏、调频灵敏度、调频线性度.


  ③调频频偏:压控振荡器控制电压由标称的值变化到值时输出频率差.


  ④调频灵敏度:压控晶体振荡器变化单位外加控制电压所引起的输出频率的变化量.


  ⑤调频线性度:是一种与理想直线(二乘法)相比较的调制系统传输特性的量度.


  ⑥负载特性:其他条件保持不变,负载在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称负载下的输出频率的允许频偏.


  ⑦电压特性:其他条件保持不变,电源电压在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称电源电压下的输出频率的允许频偏.


  ⑧杂波:输出信号中与主频无谐波(副谐波除外)关系的离散频谱分量与主频的功率比,用dBc表示.


  ⑨谐波:谐波分量功率Pi与载波功率P0之比,用dBc表示.。


  ⑩频率老化:在规定的环境条件下,由于元件(主要是石英谐振器)老化而引起的输出频率随时间的系统漂移过程。通常用某一时间间隔内的频差来量度,对于高稳定晶振,由于输出频率在较长的工作时间内呈近似线性的单方向漂移,往往用老化率(单位时间内的相对频率变化)来量度。


  TCXO的这些特性决定了它主要用于要求温度稳定性的应用场合。TCXO 晶振比其他振荡器(如SPXO 晶振和VCXO振荡器)具有更好的温度稳定性。TCXO弥补了标准XO或VCXO与OCXO恒温晶振之间的差距,后者更大,需要更多的功率来运行。技术推广的目的是降低功耗和成本,因此TCXO为功耗和成本敏感型应用提供了良好的中档解决方案。


  大多数人只知道TCXO 晶振有一个肤浅的基础。因为设计师发现可以使用DDS解决方案实现更好的频率分辨率,通过数模转换器转向TCXO 晶振。因为转向是在DDS而不是振荡器中完成的,所以设计人员需要能够对频率如何,固定的参考值会随温度而变化做出一些假设,这样他们就可以相应地规划锁相的设计周期。


  通常的做法是使用规范,比如0.28ppm,对应的是工作温度范围,通常是25℃。-20℃~+70℃和-40℃~+85℃是两个常见的温度范围。如果将25℃的频率设定为标称值,则设备的频率可能偏离或高于标称频率不超过0.28ppm,这与规定的温度稳定性不同,属于第二种方法,使用峰值或仅去除无参考点的值。在第二种情况下,可能不知道标称频率将如何变化,但总范围是已知的,并且使用定义的参考点的值来指定设备。


  TCXO对工程师很有用,因为他们可以使用10到40倍的温度稳定性,并且功耗和占地面积与标准VCXO相同。轴反转使曲线向温度稳定性增加的方向增长。TCXO稳定范围覆盖了VCXO和OCXO之间的中间位置(在某些情况下可以保留一些OCXO性能)。

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