溫補(bǔ)晶振(TCXO):是在晶振內(nèi)部采取了對(duì)晶體頻率溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償,以達(dá)到在寬溫溫度范圍內(nèi)滿足穩(wěn)定度要求的晶體振蕩器。一般模擬式溫補(bǔ)晶振采用熱敏補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。補(bǔ)償后頻率穩(wěn)定度在10-7~10-6量級(jí),由于其良好的開機(jī)特性、優(yōu)越的性能價(jià)格比及功耗低、體積小、環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)等多方面優(yōu)點(diǎn),因而獲行了廣泛應(yīng)用。它有好幾種不同的類型:電壓控制晶體振蕩器(VCXO)、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)、恒溫晶體振蕩器(OCXO),以及數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器(MCXO或DTCXO),每種類型都有自己的獨(dú)特性能。如果您需要使您的設(shè)備即開即用,您就必須選用VCXO或溫補(bǔ)晶振,如果要求穩(wěn)定度在1ppm以上,則需選擇數(shù)字溫補(bǔ)晶振(MCXO)。模擬溫補(bǔ)晶振只適用于穩(wěn)定度要求在5ppm~1ppm之間的需求。VCXO只適合于穩(wěn)定度要求在5ppm以下的產(chǎn)品。在不需要即開即用的環(huán)境下,如果需要信號(hào)穩(wěn)定度超過0.1ppm的,可選用OCXO。
晶振頻率:
1[時(shí)域表征]⑴在規(guī)定條件下,晶振內(nèi)部元件由于老化而引起的輸出頻率隨時(shí)間的漂移。通常用某一時(shí)間間隔內(nèi)的老化頻差的相對(duì)值來量度(如日、月或年老化率等)。
⑵日穩(wěn)定度(或稱日波動(dòng)):指晶振的輸出頻率在24小時(shí)內(nèi)的變化情況。通常用其最大變化的相對(duì)值來表示。
2[頻域表征]⑴單邊相位噪聲功率譜密度,晶振輸出信號(hào)的頻譜中,用偏離載頻f Hz處每Hz帶寬內(nèi)單邊相位噪聲功率與信號(hào)功率之比的分貝(dB)量,可寫作£(f)單位為dB/Hz。
⑵頻譜純度:是量度晶振內(nèi)部噪聲及雜散譜的尺度。通常用單邊噪聲功率譜密度來表示。
3、輸出波形:有正弦波和方波兩種。
4、輸出幅度:在接入額定負(fù)載的規(guī)定條件下,晶振輸出的均方根值電壓。
5、頻率溫度特性:當(dāng)環(huán)境溫度在規(guī)定范圍內(nèi)按預(yù)定方式變化時(shí),晶振的輸出頻率產(chǎn)生的相對(duì)變化特性
6、壓控線性度:指壓控晶振輸出頻率與壓控電壓曲線偏離線性的程度。
溫補(bǔ)晶振原理
溫補(bǔ)晶振即溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO),是通過附加的溫度補(bǔ)償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。
TCXO中,對(duì)石英晶體振子頻率溫度漂移的補(bǔ)償方法主要有直接補(bǔ)償和間接補(bǔ)償兩種類型:
(1)直接補(bǔ)償型 直接補(bǔ)償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補(bǔ)償電路,在振蕩器中與石英水晶振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時(shí),熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應(yīng)變化,從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補(bǔ)償方式電路簡單,成本較低,節(jié)省印制電路板(PCB)尺寸和空間,適用于小型和低壓小電流場合。但當(dāng)要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時(shí),直接補(bǔ)償方式并不適宜。
(2)間接補(bǔ)償型 間接補(bǔ)償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類型。模擬式間接溫度補(bǔ)償是利用熱敏電阻等溫度傳感元件組成溫度-電壓變換電路,并將該電壓施加到一支與晶體振子相串接的變?nèi)?a target="_blank">二極管上,通過晶體振子串聯(lián)電容量的變化,對(duì)晶體振子的非線性頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)±0.5ppm的高精度,但在3V以下的低電壓情況下受到限制。數(shù)字化間接溫度補(bǔ)償是在模擬式補(bǔ)償電路中的溫度—電壓變換電路之后再加一級(jí)模/數(shù)(A/D)變換器,將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償,使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高,但具體的補(bǔ)償電路比較復(fù)雜,成本也較高,只適用于基地站和廣播電臺(tái)等要求高精度化的情況。
TCXO的應(yīng)用
石英晶體諧振器的發(fā)展及其在無線系統(tǒng)中的應(yīng)用,由于TCXO具有較高的頻率穩(wěn)定度,而且體積小,在小電流下能夠快速啟動(dòng),其應(yīng)用領(lǐng)域重點(diǎn)擴(kuò)展到移動(dòng)通信系統(tǒng)。TCXO作為基準(zhǔn)振蕩器為發(fā)送信道提供頻率基準(zhǔn),同時(shí)作為接收通道的第一級(jí)本機(jī)振蕩器;另一只TCXO作為第2級(jí)本機(jī)振蕩器,將其振蕩信號(hào)輸入到第2變頻器。目前移動(dòng)電話要求的頻率穩(wěn)定度為0.1~2.5ppm(-30~+75℃),但出于成本上的考慮,通常選用的規(guī)格為1.5~2.5ppm。移動(dòng)電話用12~20MHz的TCXO代表性產(chǎn)品之一是VC-TCXO-201C1,采用直接補(bǔ)償方式,,由日本金石(KSS)公司生產(chǎn)。