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溫度補償晶體振蕩器TCXO的構成元件和解決方案

作者:愛普生代理江蘇南山 發布時間:2021-01-18分類:基礎知識瀏覽:83次

 TCXO調整晶體振蕩器的頻率,以補償由于溫度變化而發生的變化。為此,TCXO的主要元件是貼片壓控晶振VCXO。如下圖所示,該電路連接到可感測溫度并向振蕩器施加小的校正電壓的電路。

tcxo-2.jpg

構成整個溫度控制振蕩器的因素有很多:

補償網絡:

補償網絡是整個系統運行的關鍵。上面顯示了振蕩器溫度頻率響應的近似曲線。實際曲線可以近似地以三階多項式的形式表示,盡管更精確的表示考慮了一些非線性,并且計算出接近五階多項式。補償網絡需要感測溫度并產生與之相反的電壓。

高精度溫補晶振TCXO的早期電子設計使用模擬電路,并且經常直接使用包括電容器,電阻器和熱敏電阻的電子組件網絡來直接控制振蕩頻率。這種類型的電路包括補償網絡圖上的方框和晶體頻率拉動方框。即使在今天,也有一些基于模擬的更簡單的TCXO。

當前,技術通常采用間接方法,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。這可以通過使用一些相對簡單的數字處理來實現,通過使用溫度與晶體溫度成反比的PROM或其他存儲器,可以提供更好的線性化。這樣可以使曲線的所有部分正確地線性化。

通常,盡管有變化,所以一個單元到另一個單元的晶體曲線相對相似,因此可能會有一點折衷。使用PROM方法可以為每個單獨的晶體生成曲線,盡管這會大大增加成本。

在許多情況下,處理電路都包含在特殊的ASIC中,以使其能夠針對應用進行定制,同時在電流消耗方面優化性能。

振蕩器上拉電路:

一旦產生電壓,就將其施加到可以上拉晶體振蕩器頻率的電路上。通常,RF電路設計包含一個變容二極管和一些低通濾波。

通常,可以將振蕩器拉至*大±50ppm,因為這應提供足夠的范圍以適應溫度范圍內的頻率變化。此外,大多數TCXO都具有調整頻率以適應老化的能力。這也需要容納在晶體振蕩器的拉動范圍內。

晶體振蕩器:

該振蕩器電路通常是一種標準的RF電路設計,但旨在提供具有理想驅動電平的晶體的工作條件等。

晶體振蕩器旨在實現*佳性能。反饋電平經過優化,可在穩定性,相位噪聲和無雜散信號方面提供*佳性能-晶體可以多種模式進行激勵,因此需要優化電路以確保雜散信號電平較低。產生。為此的一個關鍵要素是具有相對較低的反饋水平,但足以確保電路的可靠運行。過多的反饋趨于激發石英晶體中不需要的模式。

振蕩器的范圍可以在可靠的操作,性能和振蕩器可以調整的范圍之間取得平衡。調整范圍受到性能降低的限制。如果晶體具有很高的Q元素,則只能在性能下降之前將振蕩頻率修整一定的量。

穩壓器:

為了防止外部電壓變化引入不必要的頻率偏移,整個TCXO均應集成穩壓器,而穩壓器本身不應引入有害的溫度影響。

除此之外,穩壓器的輸出應具有非常低的噪聲。這是因為任何噪聲,尖峰等都將傾向于以相位噪聲的形式出現在輸出上。這些振蕩器通常用于需要合理或低水平相位噪聲的應用中。因此,電壓調節器的性能非常重要。

緩沖放大器:

電子電路設計中需要緩沖放大器,以增加對輸出的驅動。盡管增加了一些附加的電子元件,但它將為晶體振蕩器本身提供隔離,使其免受可能看到的任何外部負載變化的影響。這將大大提高穩定性,防止實際負載以任何方式拉高頻率。

另外,TCXO通常具有外部調節功能,可以定期重置頻率。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,但通常可能為六個月或一年。如果需要非常高的精度,則可以使用更短的時間。

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