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温度补偿晶体振荡器TCXO的构成元件和解决方案

作者:爱普生代理江苏南山 发布时间:2021-01-18分类:基础知识浏览:92次

 TCXO调整晶体振荡器的频率,以补偿由于温度变化而发生的变化。为此,TCXO的主要元件是贴片压控晶振VCXO。如下图所示,该电路连接到可感测温度并向振荡器施加小的校正电压的电路。

tcxo-2.jpg

构成整个温度控制振荡器的因素有很多:

补偿网络:

补偿网络是整个系统运行的关键。上面显示了振荡器温度频率响应的近似曲线。实际曲线可以近似地以三阶多项式的形式表示,尽管更精确的表示考虑了一些非线性,并且计算出接近五阶多项式。补偿网络需要感测温度并产生与之相反的电压。

高精度温补晶振TCXO的早期电子设计使用模拟电路,并且经常直接使用包括电容器,电阻器和热敏电阻的电子组件网络来直接控制振荡频率。这种类型的电路包括补偿网络图上的方框和晶体频率拉动方框。即使在今天,也有一些基于模拟的更简单的TCXO。

当前,技术通常采用间接方法,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。这可以通过使用一些相对简单的数字处理来实现,通过使用温度与晶体温度成反比的PROM或其他存储器,可以提供更好的线性化。这样可以使曲线的所有部分正确地线性化。

通常,尽管有变化,所以一个单元到另一个单元的晶体曲线相对相似,因此可能会有一点折衷。使用PROM方法可以为每个单独的晶体生成曲线,尽管这会大大增加成本。

在许多情况下,处理电路都包含在特殊的ASIC中,以使其能够针对应用进行定制,同时在电流消耗方面优化性能。

振荡器上拉电路:

一旦产生电压,就将其施加到可以上拉晶体振荡器频率的电路上。通常,RF电路设计包含一个变容二极管和一些低通滤波。

通常,可以将振荡器拉至*大±50ppm,因为这应提供足够的范围以适应温度范围内的频率变化。此外,大多数TCXO都具有调整频率以适应老化的能力。这也需要容纳在晶体振荡器的拉动范围内。

晶体振荡器:

该振荡器电路通常是一种标准的RF电路设计,但旨在提供具有理想驱动电平的晶体的工作条件等。

晶体振荡器旨在实现*佳性能。反馈电平经过优化,可在稳定性,相位噪声和无杂散信号方面提供*佳性能-晶体可以多种模式进行激励,因此需要优化电路以确保杂散信号电平较低。产生。为此的一个关键要素是具有相对较低的反馈水平,但足以确保电路的可靠运行。过多的反馈趋于激发石英晶体中不需要的模式。

振荡器的范围可以在可靠的操作,性能和振荡器可以调整的范围之间取得平衡。调整范围受到性能降低的限制。如果晶体具有很高的Q元素,则只能在性能下降之前将振荡频率修整一定的量。

稳压器:

为了防止外部电压变化引入不必要的频率偏移,整个TCXO均应集成稳压器,而稳压器本身不应引入有害的温度影响。

除此之外,稳压器的输出应具有非常低的噪声。这是因为任何噪声,尖峰等都将倾向于以相位噪声的形式出现在输出上。这些振荡器通常用于需要合理或低水平相位噪声的应用中。因此,电压调节器的性能非常重要。

缓冲放大器:

电子电路设计中需要缓冲放大器,以增加对输出的驱动。尽管增加了一些附加的电子元件,但它将为晶体振荡器本身提供隔离,使其免受可能看到的任何外部负载变化的影响。这将大大提高稳定性,防止实际负载以任何方式拉高频率。

另外,TCXO通常具有外部调节功能,可以定期重置频率。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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