TCXO温补晶振的5个关键元素

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TCXO温补晶振的5个关键元素

作者:扬兴晶振
日期:2021年04月07日 10:06
浏览量:309

  从去年下半年开始,TCXO温补晶振变得炙手可热。今天,我们继续讨论一下温度控制的晶体振荡器。

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  在我们的振荡器系列中,使用烤箱控制的有晶体振荡器(OCXO)和温度补偿晶体振荡器(TCXO)。在之前的TCXO文章中,我们介绍了TCXO的性能和补偿类型,那大家知道TCXO晶振四种常见类型吗?

  TCXO晶振的4种类型

  1.ADTCXO:是一种模拟数字TCXO。这种形式的TCXO温补晶振已广泛用于手机中这使用模拟技术为振荡器提供温度校正。它具有以下优点:变化缓慢发生并且没有像某些全数字类型那样经历相位跳跃。

  2.DTCXO:另一种数字TCXO。它使用温度传感器然后逻辑和数学函数使用数字电路和查找表。使用数模转换器到的数字校正图转换为模拟信号。

  3.DCXO:这是一种振荡器,其中任何校正都由设备内的主处理器计算通过这种方式。TCXO石英晶体振荡器不是单独的实体,但是处理结合在整个设备的处理中这有助于在某些情况下节省成本。

  4.MCXO:这种形式的TCXO石英晶体振荡器使用微处理器提供显着提高的处理水平,以在各种情况下提供更准确的补偿。虽然性能稍好一些,但成本却高于其他形式。

  现在,让我们继续更深入地研究TCXO。接下来我们将讨论TCXO的五个关键要素以及温度的影响。

  通过在TCXO的晶体振荡器模块中应用温度补偿,可以大大提高振荡器的基本性能。

  如何最小化温度的影响

  尽管晶体振荡器提供了高度稳定的振荡器形式,但它们仍受温度影响。从整个生长的晶体中切出实际的晶体元素可以帮助最小化温度的影响,但它们仍会受到一定程度的影响。对于AT切割的晶体,可以在正常环境温度附近将随温度变化的漂移降至最低,但漂移速率将在该温度之上和之下升高(如下图)。

  石英晶体的频率和温度曲线

  石英晶体的典型频率和温度曲线

  温度的影响在很大程度上是可重复的和可定义的。因此,可以使用温度补偿晶体振荡器(TCXO)补偿许多影响。

  TCXO解决方案

  TCXO调整振荡器的频率以补偿温度变化而发生的变化。为此,TCXO的主要元件是压控晶体振荡器(VCXO)。它连接到一个检测温度并向振荡器施加小的校正电压的电路(如下图)。
 

TCXO温补晶振结构图

 TCXO结构图

  TCXO的5个关键元素

  整个TCXO温补晶振由五个不同的元素组成:

  01 、补偿网络

  补偿网络是整个系统运行的关键。振荡器温度频率响应的近似曲线如上所示。实际曲线可近似在3的形式表示第三阶多项式表达,尽管更精确的表示考虑了一些非线性和工程以接近5个阶多项式。补偿网络需要感测温度并产生与此相反的电压(如下图)。
 

TCXO温补晶振补偿电压

  TCXO补偿电压

  早期的设计将使用模拟电路,并且通常直接使用电容器,电阻器和热敏电阻的网络来直接控制振荡频率。这种类型的电路包括补偿网络和晶体频率拉动。

  当前的技术通常采用间接补偿方法,其中在补偿网络中感测温度,并且产生电压,该电压提供与温度曲线相反的频率变化。

  这可以通过使用模拟组件来实现,但是当前技术通常会结合某种形式的数字信号处理(DSP),以产生更准确的响应,并可能通过对具有特定响应的ROM进行编程来分别对单元进行线性化处理。

  DSP电路通常包含在特殊的ASIC中,因此可以对其进行定制以适合应用,而不会消耗太多电流。

  02、振荡器上拉电路

  一旦产生电压,就将其施加到可以拉低晶体振荡器频率的电路上。通常,它包含一个变容二极管和一些低通滤波。

  03 、晶体振荡器

  所述晶体振荡器电路通常是一个标准的电路,而是一个被设计成得到的操作条件用于与理想驱动水平等晶体。

  04、稳压器

  为了防止外部电压变化引起不希望的频率偏移,整个TCXO应该装有一个电压调节器,该电压调节器本身不应引起不希望的温度影响。

  05 、缓冲放大器

  需要一个缓冲放大器来增加输出驱动。它应该为晶体振荡器提供隔离,使其免受可能看到的任何外部负载变化的影响。

  TCXO通常进行外部调整,以使频率能够定期重置。这使得能够消除晶体老化的影响。校准调整之间的时间间隔取决于所需的精度,但通常可能为六个月或一年。如果需要非常高的精度,则可以使用更短的时间。

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