溫度穩(wěn)定性是振蕩器頻率隨溫度變化的量度,并且以兩種方式定義.一種常見的方法是使用“加/減”規(guī)格(例如：±0.28ppm對比工作溫度范圍,參考25°C-溫度范圍通常為-40至85°C或-20至70°C).該規(guī)范告訴我們,如果我們將25°C的頻率設(shè)為標(biāo)稱頻率,則器件頻率將偏離或低于該標(biāo)稱頻率不超過0.28ppm.這與指定溫度穩(wěn)定性的第二種方式不同,即使用峰峰值或僅使用沒有參考點的正/負值.在第二種情況下,我們不能說我們知道頻率會高于或低于頻率將會發(fā)生多大變化-只是我們知道總的范圍是多少.通常,使用來自定義的參考點的正負值來指定設(shè)備.

TCXO晶振對工程師非常有用,因為它們可以在比電路板上具有相同功耗和占用空間的標(biāo)準(zhǔn)VCXO更好的溫度穩(wěn)定性的10倍到40倍之間使用.TCXO彌合了標(biāo)準(zhǔn)XO或VCXO與OCXO之間的差距,這些差距更高,需要更多功率才能運行.推動技術(shù)的目標(biāo)是降低功耗,當(dāng)然還要降低成本,因此TCXO為功耗和成本敏感的應(yīng)用提供了良好的中端解決方案.

Figure1.TheTemperatureStabilityrangesofvariousoscillatortypes

圖1是不同振蕩器類型的典型溫度穩(wěn)定性的示意圖,范圍從標(biāo)準(zhǔn)VCXO的50ppm到高性能OCXO的0.2ppb.軸反轉(zhuǎn)使得曲線在增加溫度穩(wěn)定性的方向上增長.TCXO穩(wěn)定性范圍涵蓋VCXO和OCXO之間的中間位置(在某些情況下,重疊某些OCXO性能).

TCXO晶振溫度穩(wěn)定性水平(從5ppm到50ppb)通常是必要的,因為振蕩器將獨立工作,無論是在沒有外部頻率參考的系統(tǒng)中的自由運行模式,還是作為固定頻率參考TCXO在開環(huán)中工作的合成器,用于驅(qū)動DDS(直接數(shù)字合成),而DDS而不是TCXO被“鎖定”到外部參考.

后一種情況(TCXO是開環(huán),頻率在DDS設(shè)置)正變得越來越普遍,因為設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)使用DDS解決方案可以通過使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制TCXO來實現(xiàn)更好的頻率分辨率.由于轉(zhuǎn)向是在DDS而不是振蕩器中完成的,因此設(shè)計人員需要能夠?qū)潭ɑ鶞?zhǔn)的頻率如何隨溫度變化做出某些假設(shè),以便他們可以相應(yīng)地規(guī)劃鎖相環(huán)的設(shè)計.由于靈活性,它們允許TCXO用于許多頻率控制應(yīng)用,但一個重要領(lǐng)域是小型蜂窩基站(毫微微,微型和微微),通常它們被用作定時分配芯片的固定頻率源.

TCXO溫度補償晶振如何運作

　　在非常基本的術(shù)語中,TCXO通過采用溫度補償網(wǎng)絡(luò)來操作,該網(wǎng)絡(luò)感測環(huán)境溫度并將晶體拉至其標(biāo)稱值.基本振蕩器電路和輸出級與VCXO中的預(yù)期相同.

圖2是簡化的TCXO功能框圖.

圖2.TCXO功能塊

這個想法是補償網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動牽引網(wǎng)絡(luò),然后調(diào)整振蕩器的頻率.

圖3是發(fā)生了什么的概述-未補償?shù)?a data-ke-="" href="http://www.robbia.com.cn/" src="http://www.robbia.com.cn" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration-line: none;" target="_blank" title="晶振">晶振頻率響應(yīng)溫度(紅色)就像一個三階多項式曲線(如果你采用振蕩器非線性效果,更像是第五個),所以目標(biāo)是補償網(wǎng)絡(luò)是為了抵消溫度對晶體的影響而產(chǎn)生的電壓是有效的關(guān)于晶體曲線溫度軸的鏡像.補償電壓顯示為藍色,得到的頻率/溫度曲線以綠色顯示.

圖3.溫度補償

　　實現(xiàn)這一目標(biāo)的方法隨著時間而改變.使用的第一種方法之一是直接補償技術(shù),其中使用熱敏電阻,電容器和電阻器網(wǎng)絡(luò)來直接控制振蕩器的頻率.溫度的變化導(dǎo)致熱敏電阻(圖4中的RT1和RT2)發(fā)生變化,這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的等效串聯(lián)電容發(fā)生變化-這反過來會改變晶體上的電容負載,從而導(dǎo)致頻率的變化.振蕩器.

圖4.直接補償

在隨后的開發(fā)中(圖5中所示的間接補償),熱敏電阻(RT1至RT3)和電阻(R1至R3)的網(wǎng)絡(luò)用于產(chǎn)生與溫度相關(guān)的電壓.對網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓進行濾波,然后用于驅(qū)動變?nèi)荻O管,該變?nèi)荻O管改變晶振上的負載,再次導(dǎo)致頻率變化.

圖5間接補償

目前的方法將補償網(wǎng)絡(luò)和拉網(wǎng)絡(luò)集成到一個集成電路中(如圖6所示),補償網(wǎng)絡(luò)的作用由一組運算放大器組成,這些運算放大器在一起產(chǎn)生溫度上的3階或5階函數(shù).與間接補償方法一樣,該電壓用于驅(qū)動變?nèi)荻O管,這反過來又改變了振蕩器的輸出頻率.由于晶體特性的變化意味著沒有“一刀切”的功能,因此在TCXO的溫度測試期間得出了解決方案.兩個電容器陣列用于將室溫下的頻率調(diào)節(jié)到標(biāo)稱值,然后在測試期間獲得溫度補償功能所需的設(shè)置并存儲在片上存儲器中.