VCXO晶振是一種晶體振蕩器,在用石英晶體穩(wěn)頻的振蕩器中,把變?nèi)荻O管和石英晶體相串接,就可形成晶體壓控振蕩器.為了擴(kuò)大調(diào)頻范圍,石英晶體可用AT切割和取用其基頻率的石英晶體,在電路上還可采用展寬調(diào)頻范圍的變換網(wǎng)絡(luò).在微波頻段,用反射極電壓控制頻率的反射速調(diào)管振蕩器和用陽(yáng)極電壓控制頻率的磁控管振蕩器等也都屬于壓控振蕩器的性質(zhì).壓控振蕩器的應(yīng)用范圍很廣.
通過(guò)向其控制電壓引腳(VC)施加模擬電壓,其輸出頻率(Fout)可以在連續(xù)的頻率范圍內(nèi)在任一方向上偏離標(biāo)稱值.控制電壓與變?nèi)荻O管相連.這種二極管的可變電容是所施加電壓的函數(shù).在圖1和圖2中,請(qǐng)注意,隨著可變電容的變化,它會(huì)導(dǎo)致電容負(fù)載的變化.CL的變化導(dǎo)致Fout的變化.如圖2所示,理想情況下,VC和Fout之間存在線性關(guān)系.

圖1.典型VCXO

圖2.典型拉動(dòng)范圍曲線

APR的定義
APR-當(dāng)控制電壓設(shè)置為最大和最小值時(shí),VCXO振蕩器與標(biāo)稱頻率的保證正負(fù)頻率偏差.它保證超過(guò)制造公差,電源電壓,工作溫度和老化.
APR通過(guò)從VCXO的總穩(wěn)定性中減去總牽引范圍來(lái)計(jì)算.總牽引范圍是恒定電源電壓和溫度下,壓控振蕩器頻率隨控制電壓變化的最大變化.總穩(wěn)定性是指當(dāng)控制電壓在制造公差,電源電壓,工作溫度和老化變化范圍內(nèi)保持在標(biāo)稱值時(shí),VCXO頻率的變化.這種差異導(dǎo)致頻率變化,這是由于控制電壓獨(dú)立于所有其他條件和變化而得到保證的.
APR計(jì)算示例
APR是從VCXO的輸出頻率范圍預(yù)算中得出的,該預(yù)算考慮了導(dǎo)致VCXO頻率偏差的所有因素.請(qǐng)參考示例計(jì)算.

在本例中,以100ppm的APR為特征的壓控振蕩器意味著使用該VCXO的鎖相環(huán)可以鎖定到標(biāo)稱中心頻率變化高達(dá)100ppm的輸入基準(zhǔn).
APR在鎖相環(huán)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
鎖相環(huán)是使用負(fù)反饋的控制系統(tǒng)的一個(gè)例子,該負(fù)反饋產(chǎn)生與參考時(shí)鐘晶體諧振器信號(hào)的相位具有固定關(guān)系的輸出時(shí)鐘信號(hào).鎖相環(huán)是作為一個(gè)基本問(wèn)題的解決方案而開(kāi)發(fā)的;如果需要一個(gè)比現(xiàn)有時(shí)鐘頻率更高的時(shí)鐘,或者具有相同頻率但抖動(dòng)更低的時(shí)鐘,或者具有更高頻率和更低抖動(dòng)的時(shí)鐘,那么現(xiàn)有時(shí)鐘上沒(méi)有線性運(yùn)算能夠?qū)F(xiàn)有時(shí)鐘轉(zhuǎn)換成所需時(shí)鐘.相反,需要一個(gè)新的振蕩器,它必須與現(xiàn)有時(shí)鐘的頻率和相位完全匹配.相位匹配要求需要負(fù)反饋環(huán)路.
鎖相環(huán)通過(guò)將壓控振蕩器時(shí)鐘頻率和相位除以反饋分頻器(M)的值,并將其與相位/頻率檢測(cè)器中輸入時(shí)鐘頻率和相位(FIN)的相位和頻率進(jìn)行比較,從而產(chǎn)生誤差信號(hào).相位/頻率檢測(cè)器的輸出由環(huán)路濾波器進(jìn)行低通濾波,以產(chǎn)生FOUT的控制電壓調(diào)整,從而閉合環(huán)路.鎖定時(shí),鎖相環(huán)的輸出頻率(FOUT)正好是輸入頻率的M時(shí)代,并與輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘相位對(duì)齊.如果Fout必須等于Fin,則添加值為M的后分頻器或?qū)設(shè)置為1.

圖3.基本鎖相環(huán)構(gòu)建模塊

由于石英晶體振蕩器(XO)制造差異,輸入基準(zhǔn)頻率FIN具有ppm容差.這包括容差,穩(wěn)定性,電源電壓和老化.VCXO的頻率必須具有至少相同ppm變化的保證可調(diào)范圍,以便跟蹤和保持輸入基準(zhǔn)頻率變化上的相位和頻率鎖定.由于壓控振蕩器本身是一個(gè)振蕩器,由于制造公差,穩(wěn)定性,電源電壓和老化,其頻率也會(huì)發(fā)生相同的變化.這些變化必須得到保證,并應(yīng)從總拉動(dòng)范圍中減去.如果VCXO沒(méi)有足夠的APR,并且輸入?yún)⒖继幱谄渲幸粋€(gè)頻率極值,鎖相環(huán)將不會(huì)鎖定,輸出頻率也不會(huì)是輸入頻率的M時(shí)代.
總之,以APR為特征的VCXO使鎖相環(huán)設(shè)計(jì)者不必考慮影響VCXO中心頻率的額外內(nèi)部變化的細(xì)節(jié).只需確保壓控振蕩器APR與鎖相環(huán)輸入基準(zhǔn)電壓的ppm變化一樣大.

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