當(dāng)需要比xtal振蕩器更高的精度和穩(wěn)定性時(shí),使用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器TCXO.如名稱所示,溫度補(bǔ)償晶體振蕩器提供了抵消由晶體振蕩器中的溫度變化引起的頻率變化的手段.該模塊被稱為溫度補(bǔ)償晶體振蕩器或TCXO,能夠提供比標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器更高的性能.通過測(cè)量溫度并對(duì)VCXO施加校正電壓,可以在保持低成本的同時(shí)顯著提高性能.通常,許多分銷商都可以提供各種頻率,電源電壓和封裝的溫補(bǔ)晶振,使開發(fā)人員能夠?qū)⑦@些項(xiàng)目設(shè)計(jì)成許多電子設(shè)備.
晶體振蕩器的溫度性能
晶體振蕩器能夠提供比LC諧振器電路提供的更好的性能水平.然而,晶體振蕩器仍受溫度影響.即使AT切割的晶體也會(huì)受到溫度的影響,盡管它們的操作已經(jīng)過優(yōu)化,可在0到70°C的溫度范圍內(nèi)使用.

石英晶體諧振器溫度頻率曲線(AT切割晶體)
溫度的影響在很大程度上是可重復(fù)和可定義的.因此,可以使用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器TCXO來補(bǔ)償許多效應(yīng).典型或預(yù)期性能水平的典型比較如下表所示:

注意:這些性能數(shù)據(jù)非常通用,只能用于粗略的指導(dǎo).確切數(shù)字取決于所使用的項(xiàng)目,這些數(shù)據(jù)應(yīng)從制造商數(shù)據(jù)表中獲得.
TCXO解決方案
TCXO調(diào)節(jié)振蕩器的頻率以補(bǔ)償由于溫度變化而發(fā)生的變化.為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),TCXO中的主要元件是壓控振蕩器(VCXO).它連接到一個(gè)檢測(cè)溫度的電路,并向振蕩器施加一個(gè)小的校正電壓,如下所示.

有許多不同的元素構(gòu)成整體溫控振蕩器:
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.上面可以看到有源晶振的溫度頻率響應(yīng)的近似曲線.實(shí)際曲線可以近似以3階多項(xiàng)式表達(dá)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)算得接近5階多項(xiàng)式.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要檢測(cè)溫度并產(chǎn)生與此相反的電壓.
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)圖和晶體頻率牽引塊的兩個(gè)塊.

TCXO晶振中使用的補(bǔ)償電壓
目前,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,并且產(chǎn)生電壓,該電壓提供與溫度曲線相反的頻率變化.這可以使用模擬組件來實(shí)現(xiàn),但是當(dāng)前技術(shù)通常結(jié)合某種形式的數(shù)字信號(hào)處理以能夠產(chǎn)生更準(zhǔn)確的響應(yīng),并且可以通過利用特定振蕩器的響應(yīng)對(duì)ROM進(jìn)行編程來單獨(dú)線性化單元.DSP電路通常包含在一個(gè)特殊的ASIC中,使其能夠根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行定制,而不會(huì)消耗太多電流.
振蕩器拉電路:一旦產(chǎn)生電壓,就會(huì)將其應(yīng)用于可以拉動(dòng)石英晶體振蕩器頻率的電路.通常,這包括變?nèi)荻O管和一些低通濾波.
晶體振蕩器:振蕩器電路通常是標(biāo)準(zhǔn)電路,但設(shè)計(jì)用于為晶體提供理想驅(qū)動(dòng)電平等操作條件.
電壓調(diào)節(jié)器:為了防止外部電壓變化引入不必要的頻率偏移,整個(gè)TCXO應(yīng)該包含一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器,它本身不應(yīng)引入不必要的溫度影響.
緩沖放大器:需要一個(gè)緩沖放大器來增加驅(qū)動(dòng)輸出.它應(yīng)該為晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能出現(xiàn)的任何外部負(fù)載變化的影響.
此外,溫補(bǔ)晶振通常具有外部調(diào)整功能,可以定期重置頻率.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)間段取決于所需的準(zhǔn)確度,但通?？梢允橇鶄€(gè)月或一年.如果需要非常高的準(zhǔn)確度,可以使用較短的時(shí)間段.

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