組成TCXO振蕩器的5個(gè)核心元器件和元素
來源：http://m.techzozo.com 作者：金洛鑫電子 2020年06月24
組成TCXO振蕩器的5個(gè)核心元器件和元素
如今市場(chǎng)上最常見的振蕩器類型主要有SPXO,OCXO,VCXO,TCXO,VC-TCXO等,這是屬于石英分類的,硅晶的只有MEMS系列,但今天我們主要來重點(diǎn)講下溫補(bǔ)晶振,并為大家普及一些相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí).我們都知道TCXO是具備溫度補(bǔ)償型網(wǎng)絡(luò)作用的,那么有沒有想過,一顆完整的TCXO晶振,是怎么組成嗎?我們對(duì)TCXO的功能和性能非常了解,但是它是如何制造,內(nèi)部是什么構(gòu)架都不清楚,今天就來為大家解開這個(gè)迷惑.
推出TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器):
TCXO,溫補(bǔ)振蕩器(Xtal振蕩器)是一種晶體振蕩器,用于需要在很小的空間內(nèi)以合理的成本提供精密頻率源的晶體振蕩器.通過在石英晶體振蕩器模塊中應(yīng)用溫度補(bǔ)償,可以大大改善晶體的基本性能.考慮到它們的實(shí)用性,許多供應(yīng)商可以提供各種各樣的封裝和安裝座(表面,通孔).一些TCXO與許多用于通孔安裝的集成電路中使用的雙列直插格式兼容.
如何最小化溫度對(duì)石英晶體的影響?
盡管晶體振蕩器提供了高度穩(wěn)定的振蕩器形式,但它們?nèi)允軠囟扔绊?振蕩器內(nèi)部切割的晶體類型可以幫助最大程度地降低溫度的影響,但它們?nèi)詴?huì)受到一定程度的影響.對(duì)于稱為AT切割的晶體切割,可以在正常環(huán)境溫度附近將溫度隨溫度的漂移降至最低,但漂移速率將高于或低于此溫度.
石英晶體的典型頻率/溫度曲線:
溫度的影響在很大程度上可重復(fù)且可定義.因此,可以使用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器TCXO補(bǔ)償許多影響.下表列出了典型或預(yù)期性能水平的典型比較:
[TCXO解決方案]
TCXO調(diào)整振蕩器的頻率,以補(bǔ)償由于溫度變化而發(fā)生的變化.為此,TCXO的主要元件是壓控晶體振蕩器(VCXO晶振).如下圖所示,該電路連接到檢測(cè)溫度并向振蕩器施加小的校正電壓的電路.
構(gòu)成整個(gè)溫度控制振蕩器的有5種不同的元器件:
1.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵.上面顯示了振蕩器溫度頻率響應(yīng)的近似曲線.實(shí)際曲線可以近似地以三階多項(xiàng)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(jì)算出接近五階多項(xiàng)式.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要感測(cè)溫度并產(chǎn)生與之相反的電壓.早期的設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)來直接控制振蕩頻率.這種類型的電路包括補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)圖上的方框和晶體頻率拉動(dòng)方框.
TCXO溫度線性化的補(bǔ)償電壓:當(dāng)前,技術(shù)通常采用間接方法,其中在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中感測(cè)溫度,并產(chǎn)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(shí)現(xiàn),但是當(dāng)前的TCXO溫補(bǔ)振蕩器技術(shù)通常會(huì)結(jié)合某種形式的數(shù)字信號(hào)處理,以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的響應(yīng),并可能通過使用特定振蕩器的響應(yīng)對(duì)ROM進(jìn)行編程來分別線性化單元.DSP電路通常包含在特殊的ASIC中,以使其能夠針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行定制,而不會(huì)消耗太多電流.
2.振蕩器上拉電路
一旦產(chǎn)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(gè)變?nèi)荻O管和一些低通濾波.
3.晶體振蕩器電路本身
所述晶體振蕩器電路通常是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電路,而是一個(gè)被設(shè)計(jì)成得到的操作條件用于與理想驅(qū)動(dòng)水平等晶體.
4.穩(wěn)壓器
為了防止外部電壓變化引起不希望的頻率偏移,整個(gè)TCXO應(yīng)該安裝一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器,該電壓調(diào)節(jié)器本身不應(yīng)引起不希望的溫度影響.
5.緩沖放大器
需要一個(gè)緩沖放大器來增加輸出驅(qū)動(dòng).它應(yīng)該為石英晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能看到的任何外部負(fù)載變化的影響.
TCXO通常進(jìn)行外部調(diào)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(zhǔn)調(diào)整之間的時(shí)間間隔取決于所需的精度,但通常可能為六個(gè)月或一年.如果需要非常高的精度,則可以使用更短的時(shí)間.
組成TCXO振蕩器的5個(gè)核心元器件和元素
如今市場(chǎng)上最常見的振蕩器類型主要有SPXO,OCXO,VCXO,TCXO,VC-TCXO等,這是屬于石英分類的,硅晶的只有MEMS系列,但今天我們主要來重點(diǎn)講下溫補(bǔ)晶振,并為大家普及一些相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí).我們都知道TCXO是具備溫度補(bǔ)償型網(wǎng)絡(luò)作用的,那么有沒有想過,一顆完整的TCXO晶振,是怎么組成嗎?我們對(duì)TCXO的功能和性能非常了解,但是它是如何制造,內(nèi)部是什么構(gòu)架都不清楚,今天就來為大家解開這個(gè)迷惑.
推出TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器):
TCXO,溫補(bǔ)振蕩器(Xtal振蕩器)是一種晶體振蕩器,用于需要在很小的空間內(nèi)以合理的成本提供精密頻率源的晶體振蕩器.通過在石英晶體振蕩器模塊中應(yīng)用溫度補(bǔ)償,可以大大改善晶體的基本性能.考慮到它們的實(shí)用性,許多供應(yīng)商可以提供各種各樣的封裝和安裝座(表面,通孔).一些TCXO與許多用于通孔安裝的集成電路中使用的雙列直插格式兼容.
如何最小化溫度對(duì)石英晶體的影響?
盡管晶體振蕩器提供了高度穩(wěn)定的振蕩器形式,但它們?nèi)允軠囟扔绊?振蕩器內(nèi)部切割的晶體類型可以幫助最大程度地降低溫度的影響,但它們?nèi)詴?huì)受到一定程度的影響.對(duì)于稱為AT切割的晶體切割,可以在正常環(huán)境溫度附近將溫度隨溫度的漂移降至最低,但漂移速率將高于或低于此溫度.
石英晶體的典型頻率/溫度曲線:
溫度的影響在很大程度上可重復(fù)且可定義.因此,可以使用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器TCXO補(bǔ)償許多影響.下表列出了典型或預(yù)期性能水平的典型比較:
[TCXO解決方案]
TCXO調(diào)整振蕩器的頻率,以補(bǔ)償由于溫度變化而發(fā)生的變化.為此,TCXO的主要元件是壓控晶體振蕩器(VCXO晶振).如下圖所示,該電路連接到檢測(cè)溫度并向振蕩器施加小的校正電壓的電路.
1.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵.上面顯示了振蕩器溫度頻率響應(yīng)的近似曲線.實(shí)際曲線可以近似地以三階多項(xiàng)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(jì)算出接近五階多項(xiàng)式.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要感測(cè)溫度并產(chǎn)生與之相反的電壓.早期的設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)來直接控制振蕩頻率.這種類型的電路包括補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)圖上的方框和晶體頻率拉動(dòng)方框.
TCXO溫度線性化的補(bǔ)償電壓:當(dāng)前,技術(shù)通常采用間接方法,其中在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中感測(cè)溫度,并產(chǎn)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(shí)現(xiàn),但是當(dāng)前的TCXO溫補(bǔ)振蕩器技術(shù)通常會(huì)結(jié)合某種形式的數(shù)字信號(hào)處理,以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的響應(yīng),并可能通過使用特定振蕩器的響應(yīng)對(duì)ROM進(jìn)行編程來分別線性化單元.DSP電路通常包含在特殊的ASIC中,以使其能夠針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行定制,而不會(huì)消耗太多電流.
2.振蕩器上拉電路
一旦產(chǎn)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(gè)變?nèi)荻O管和一些低通濾波.
3.晶體振蕩器電路本身
所述晶體振蕩器電路通常是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電路,而是一個(gè)被設(shè)計(jì)成得到的操作條件用于與理想驅(qū)動(dòng)水平等晶體.
4.穩(wěn)壓器
為了防止外部電壓變化引起不希望的頻率偏移,整個(gè)TCXO應(yīng)該安裝一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器,該電壓調(diào)節(jié)器本身不應(yīng)引起不希望的溫度影響.
5.緩沖放大器
需要一個(gè)緩沖放大器來增加輸出驅(qū)動(dòng).它應(yīng)該為石英晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能看到的任何外部負(fù)載變化的影響.
TCXO通常進(jìn)行外部調(diào)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(zhǔn)調(diào)整之間的時(shí)間間隔取決于所需的精度,但通常可能為六個(gè)月或一年.如果需要非常高的精度,則可以使用更短的時(shí)間.
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