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      TCXO溫補晶振的5個關鍵元素

      作者:揚興晶振
      日期:2021年04月07日 10:06
      瀏覽量:232

        從去年下半年開始,TCXO溫補晶振變得炙手可熱。今天,我們繼續討論一下溫度控制的晶體振蕩器。

        愛普生晶振,TG-5006CG,溫補晶振,TCXO晶振

        在我們的振蕩器系列中,使用烤箱控制的有晶體振蕩器(OCXO)和溫度補償晶體振蕩器(TCXO)。在之前的TCXO文章中,我們介紹了TCXO的性能和補償類型,那大家知道TCXO晶振四種常見類型嗎?

        TCXO晶振的4種類型

        1.ADTCXO:是一種模擬數字TCXO。這種形式的TCXO溫補晶振已廣泛用于手機中這使用模擬技術為振蕩器提供溫度校正。它具有以下優點:變化緩慢發生并且沒有像某些全數字類型那樣經歷相位跳躍。

        2.DTCXO:另一種數字TCXO。它使用溫度傳感器然后邏輯和數學函數使用數字電路和查找表。使用數模轉換器到的數字校正圖轉換為模擬信號。

        3.DCXO:這是一種振蕩器,其中任何校正都由設備內的主處理器計算通過這種方式。TCXO石英晶體振蕩器不是單獨的實體,但是處理結合在整個設備的處理中這有助于在某些情況下節省成本。

        4.MCXO:這種形式的TCXO石英晶體振蕩器使用微處理器提供顯著提高的處理水平,以在各種情況下提供更準確的補償。雖然性能稍好一些,但成本卻高于其他形式。

        現在,讓我們繼續更深入地研究TCXO。接下來我們將討論TCXO的五個關鍵要素以及溫度的影響。

        通過在TCXO的晶體振蕩器模塊中應用溫度補償,可以大大提高振蕩器的基本性能。

        如何最小化溫度的影響

        盡管晶體振蕩器提供了高度穩定的振蕩器形式,但它們仍受溫度影響。從整個生長的晶體中切出實際的晶體元素可以幫助最小化溫度的影響,但它們仍會受到一定程度的影響。對于AT切割的晶體,可以在正常環境溫度附近將隨溫度變化的漂移降至最低,但漂移速率將在該溫度之上和之下升高(如下圖)。

        石英晶體的頻率和溫度曲線

        石英晶體的典型頻率和溫度曲線

        溫度的影響在很大程度上是可重復的和可定義的。因此,可以使用溫度補償晶體振蕩器(TCXO)補償許多影響。

        TCXO解決方案

        TCXO調整振蕩器的頻率以補償溫度變化而發生的變化。為此,TCXO的主要元件是壓控晶體振蕩器(VCXO)。它連接到一個檢測溫度并向振蕩器施加小的校正電壓的電路(如下圖)。
       

      TCXO溫補晶振結構圖

       TCXO結構圖

        TCXO的5個關鍵元素

        整個TCXO溫補晶振由五個不同的元素組成:

        01 、補償網絡

        補償網絡是整個系統運行的關鍵。振蕩器溫度頻率響應的近似曲線如上所示。實際曲線可近似在3的形式表示第三階多項式表達,盡管更精確的表示考慮了一些非線性和工程以接近5個階多項式。補償網絡需要感測溫度并產生與此相反的電壓(如下圖)。
       

      TCXO溫補晶振補償電壓

        TCXO補償電壓

        早期的設計將使用模擬電路,并且通常直接使用電容器,電阻器和熱敏電阻的網絡來直接控制振蕩頻率。這種類型的電路包括補償網絡和晶體頻率拉動。

        當前的技術通常采用間接補償方法,其中在補償網絡中感測溫度,并且產生電壓,該電壓提供與溫度曲線相反的頻率變化。

        這可以通過使用模擬組件來實現,但是當前技術通常會結合某種形式的數字信號處理(DSP),以產生更準確的響應,并可能通過對具有特定響應的ROM進行編程來分別對單元進行線性化處理。

        DSP電路通常包含在特殊的ASIC中,因此可以對其進行定制以適合應用,而不會消耗太多電流。

        02、振蕩器上拉電路

        一旦產生電壓,就將其施加到可以拉低晶體振蕩器頻率的電路上。通常,它包含一個變容二極管和一些低通濾波。

        03 、晶體振蕩器

        所述晶體振蕩器電路通常是一個標準的電路,而是一個被設計成得到的操作條件用于與理想驅動水平等晶體。

        04、穩壓器

        為了防止外部電壓變化引起不希望的頻率偏移,整個TCXO應該裝有一個電壓調節器,該電壓調節器本身不應引起不希望的溫度影響。

        05 、緩沖放大器

        需要一個緩沖放大器來增加輸出驅動。它應該為晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能看到的任何外部負載變化的影響。

        TCXO通常進行外部調整,以使頻率能夠定期重置。這使得能夠消除晶體老化的影響。校準調整之間的時間間隔取決于所需的精度,但通??赡転榱鶄€月或一年。如果需要非常高的精度,則可以使用更短的時間。

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