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更多>>Fortiming簡(jiǎn)述溫補晶振TCXO的技術(shù)及特點(diǎn)
來(lái)源：http://www.luck-168.com.cn 作者：帝國科技 2023年10月17
溫度補償晶體振蕩器（溫補晶振）具有溫度補償電路，可抑制因周?chē)鷾囟纫鸬妮敵鲱l率偏差。也就是說(shuō)，來(lái)自溫度傳感器(如熱敏電阻)的輸出信號用于產(chǎn)生校正電壓，該電壓施加于晶體網(wǎng)絡(luò )中的可變電抗(如變容管)。電抗的變化補償了晶體的F vs. T特性。模擬TCXO可以提供大約20倍的改進(jìn)晶體的F與T的變化。
晶體振蕩器的溫度特性在很大程度上取決于所用晶體單元的溫度特性，通常用AT切割石英毛坯的三次曲線(xiàn)表示。溫度補償電路，必須為每個(gè)單元定制，用于調整振蕩器剛好足以抵消未補償的頻率隨溫度變化。TCXO具有優(yōu)異的溫度特性，快速預熱時(shí)間(通常為50至1000 ms)，低功耗(10至150 mW)，重量輕，結構緊湊，成本僅為OCXO的一小部分。它非常適合各種通信設備，如蜂窩電話(huà)，雙向無(wú)線(xiàn)電，無(wú)繩電話(huà)，微波通信設備和衛星通信系統，測量?jì)x器和許多其他應用。
TCXO補償示例
溫度穩定性
使用標準補償技術(shù)，在-40℃至+85℃的溫度范圍內，分數穩定性約為±1 ppm。在較窄的溫度范圍內可以獲得更好的穩定性。除了最簡(jiǎn)單的tcxo外，所有tcxo采用的實(shí)際技術(shù)都是基于與晶體串聯(lián)使用變容二極管，如下所示:
電壓的變化引起變容二極管電容的變化，從而引起振蕩頻率的變化。熱敏電阻網(wǎng)絡(luò )是為晶體量身定制的，以使電壓隨溫度變化，從而補償晶體的頻率與溫度特性。由于每個(gè)單獨的TCXO要求其補償網(wǎng)絡(luò )與其單獨的晶體相匹配，因此TCXO的成本與頻率與溫度規格的難度密切相關(guān)。
頻率-溫度遲滯限制了TCXO的最終穩定性。石英晶體諧振器是這種遲滯的主要來(lái)源，它可以最小化，但不能消除。為了允許老化，使用電壓控制功能(VCTCXO)，大多數TCXO在小頻率范圍內可調。典型的功能調諧范圍為±5 ppm。
此外，應該注意的是，TCXO的頻率與溫度特性不是線(xiàn)性的;因此，從0°C到+50°C的2x10-7總誤差不會(huì )產(chǎn)生每°C 2x10-7 ÷ 50 = 4x 10-9的梯度。晶體特性的擾動(dòng)(活性下降)使得在tcxo中幾乎不可能保證每度基礎上的卓越穩定性。
熱滯現象
在多個(gè)溫度周期內重復頻率與溫度數據是TCXO的一種測量方法。這里是在一個(gè)溫度下測量TCXO的頻率。改變溫度，然后恢復到原來(lái)的溫度，再次測量頻率。這兩個(gè)頻率不一樣。這兩個(gè)頻率之間的差異被稱(chēng)為“熱致遲滯”。這種現象是存在的，即使單位被允許穩定在同一溫度很長(cháng)一段時(shí)間。對于一個(gè)好的TCXO，這種熱致遲滯的值通常為±0.1 ppm。
熱瞬態(tài)
當溫度變化的速率足夠高，以至于頻率不再符合緩慢溫度變化時(shí)產(chǎn)生的正常曲線(xiàn)時(shí)，就會(huì )發(fā)生熱瞬變。溫度變化的可接受速率約為每分鐘0.5℃。這種效應在很大程度上是由于晶體諧振器的瞬態(tài)響應，以及諧振器和振蕩器內溫度傳感器件之間的分離。在OCXO中，它還取決于溫度控制器中使用的誤差放大器的穩定性和增益。典型值小于±0.2 ppm。
熱瞬態(tài)效應會(huì )影響tcxo的測試和補償精度。當溫度改變時(shí)，熱瞬態(tài)效應會(huì )扭曲靜態(tài)F vs. T特性，從而導致所謂的表觀(guān)滯后。溫度變化越快，熱瞬態(tài)效應對F / T性能的貢獻越大。
老化
在溫度穩定性中等的石英晶體振蕩器中，老化通常影響不大。然而，在高溫穩定的tcxo中，晶體老化成為振蕩器整體頻率誤差的重要因素。因此，tcxo在真空玻璃或冷焊支架中使用特殊加工的晶體是很常見(jiàn)的。
沖擊
休克被定義為突然的強力打擊。tcxo的典型沖擊數為100g。
機械調節和EFC(電氣頻率控制)
機械修剪允許頻率通過(guò)內部電位器(鍋)進(jìn)行調整。該罐通過(guò)密封或不密封的孔進(jìn)入。
EFC(電氣頻率控制)需要一個(gè)外部電路來(lái)調節頻率。外部電路通常由一個(gè)鍋或DAC組成。該電路的電源可以通過(guò)客戶(hù)提供的外部電壓源或制造商提供的內部參考電壓施加。
晶體振蕩器的溫度特性在很大程度上取決于所用晶體單元的溫度特性，通常用AT切割石英毛坯的三次曲線(xiàn)表示。溫度補償電路，必須為每個(gè)單元定制，用于調整振蕩器剛好足以抵消未補償的頻率隨溫度變化。TCXO具有優(yōu)異的溫度特性，快速預熱時(shí)間(通常為50至1000 ms)，低功耗(10至150 mW)，重量輕，結構緊湊，成本僅為OCXO的一小部分。它非常適合各種通信設備，如蜂窩電話(huà)，雙向無(wú)線(xiàn)電，無(wú)繩電話(huà)，微波通信設備和衛星通信系統，測量?jì)x器和許多其他應用。
TCXO補償示例
溫度穩定性
使用標準補償技術(shù)，在-40℃至+85℃的溫度范圍內，分數穩定性約為±1 ppm。在較窄的溫度范圍內可以獲得更好的穩定性。除了最簡(jiǎn)單的tcxo外，所有tcxo采用的實(shí)際技術(shù)都是基于與晶體串聯(lián)使用變容二極管，如下所示:
電壓的變化引起變容二極管電容的變化，從而引起振蕩頻率的變化。熱敏電阻網(wǎng)絡(luò )是為晶體量身定制的，以使電壓隨溫度變化，從而補償晶體的頻率與溫度特性。由于每個(gè)單獨的TCXO要求其補償網(wǎng)絡(luò )與其單獨的晶體相匹配，因此TCXO的成本與頻率與溫度規格的難度密切相關(guān)。
頻率-溫度遲滯限制了TCXO的最終穩定性。石英晶體諧振器是這種遲滯的主要來(lái)源，它可以最小化，但不能消除。為了允許老化，使用電壓控制功能(VCTCXO)，大多數TCXO在小頻率范圍內可調。典型的功能調諧范圍為±5 ppm。
此外，應該注意的是，TCXO的頻率與溫度特性不是線(xiàn)性的;因此，從0°C到+50°C的2x10-7總誤差不會(huì )產(chǎn)生每°C 2x10-7 ÷ 50 = 4x 10-9的梯度。晶體特性的擾動(dòng)(活性下降)使得在tcxo中幾乎不可能保證每度基礎上的卓越穩定性。
熱滯現象
在多個(gè)溫度周期內重復頻率與溫度數據是TCXO的一種測量方法。這里是在一個(gè)溫度下測量TCXO的頻率。改變溫度，然后恢復到原來(lái)的溫度，再次測量頻率。這兩個(gè)頻率不一樣。這兩個(gè)頻率之間的差異被稱(chēng)為“熱致遲滯”。這種現象是存在的，即使單位被允許穩定在同一溫度很長(cháng)一段時(shí)間。對于一個(gè)好的TCXO，這種熱致遲滯的值通常為±0.1 ppm。
熱瞬態(tài)
當溫度變化的速率足夠高，以至于頻率不再符合緩慢溫度變化時(shí)產(chǎn)生的正常曲線(xiàn)時(shí)，就會(huì )發(fā)生熱瞬變。溫度變化的可接受速率約為每分鐘0.5℃。這種效應在很大程度上是由于晶體諧振器的瞬態(tài)響應，以及諧振器和振蕩器內溫度傳感器件之間的分離。在OCXO中，它還取決于溫度控制器中使用的誤差放大器的穩定性和增益。典型值小于±0.2 ppm。
熱瞬態(tài)效應會(huì )影響tcxo的測試和補償精度。當溫度改變時(shí)，熱瞬態(tài)效應會(huì )扭曲靜態(tài)F vs. T特性，從而導致所謂的表觀(guān)滯后。溫度變化越快，熱瞬態(tài)效應對F / T性能的貢獻越大。
老化
在溫度穩定性中等的石英晶體振蕩器中，老化通常影響不大。然而，在高溫穩定的tcxo中，晶體老化成為振蕩器整體頻率誤差的重要因素。因此，tcxo在真空玻璃或冷焊支架中使用特殊加工的晶體是很常見(jiàn)的。
沖擊
休克被定義為突然的強力打擊。tcxo的典型沖擊數為100g。
機械調節和EFC(電氣頻率控制)
機械修剪允許頻率通過(guò)內部電位器(鍋)進(jìn)行調整。該罐通過(guò)密封或不密封的孔進(jìn)入。
EFC(電氣頻率控制)需要一個(gè)外部電路來(lái)調節頻率。外部電路通常由一個(gè)鍋或DAC組成。該電路的電源可以通過(guò)客戶(hù)提供的外部電壓源或制造商提供的內部參考電壓施加。
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