溫度穩定性是振蕩器頻率隨溫度變化的量度,并且以兩種方式定義.一種常見的方法是使用“加/減”規格(例如：±0.28ppm對比工作溫度范圍,參考25°C-溫度范圍通常為-40至85°C或-20至70°C).該規范告訴我們,如果我們將25°C的頻率設為標稱頻率,則器件頻率將偏離或低于該標稱頻率不超過0.28ppm.這與指定溫度穩定性的第二種方式不同,即使用峰峰值或僅使用沒有參考點的正/負值.在第二種情況下,我們不能說我們知道頻率會高于或低于頻率將會發生多大變化-只是我們知道總的范圍是多少.通常,使用來自定義的參考點的正負值來指定設備.

TCXO晶振對工程師非常有用,因為它們可以在比電路板上具有相同功耗和占用空間的標準VCXO更好的溫度穩定性的10倍到40倍之間使用.TCXO彌合了標準XO或VCXO與OCXO之間的差距,這些差距更高,需要更多功率才能運行.推動技術的目標是降低功耗,當然還要降低成本,因此TCXO為功耗和成本敏感的應用提供了良好的中端解決方案.

Figure1.TheTemperatureStabilityrangesofvariousoscillatortypes

圖1是不同振蕩器類型的典型溫度穩定性的示意圖,范圍從標準VCXO的50ppm到高性能OCXO的0.2ppb.軸反轉使得曲線在增加溫度穩定性的方向上增長.TCXO穩定性范圍涵蓋VCXO和OCXO之間的中間位置(在某些情況下,重疊某些OCXO性能).

TCXO晶振溫度穩定性水平(從5ppm到50ppb)通常是必要的,因為振蕩器將獨立工作,無論是在沒有外部頻率參考的系統中的自由運行模式,還是作為固定頻率參考TCXO在開環中工作的合成器,用于驅動DDS(直接數字合成),而DDS而不是TCXO被“鎖定”到外部參考.

后一種情況(TCXO是開環,頻率在DDS設置)正變得越來越普遍,因為設計人員發現使用DDS解決方案可以通過使用數模轉換器控制TCXO來實現更好的頻率分辨率.由于轉向是在DDS而不是振蕩器中完成的,因此設計人員需要能夠對固定基準的頻率如何隨溫度變化做出某些假設,以便他們可以相應地規劃鎖相環的設計.由于靈活性,它們允許TCXO用于許多頻率控制應用,但一個重要領域是小型蜂窩基站(毫微微,微型和微微),通常它們被用作定時分配芯片的固定頻率源.

TCXO溫度補償晶振如何運作

　　在非常基本的術語中,TCXO通過采用溫度補償網絡來操作,該網絡感測環境溫度并將晶體拉至其標稱值.基本振蕩器電路和輸出級與VCXO中的預期相同.

圖2是簡化的TCXO功能框圖.

圖2.TCXO功能塊

這個想法是補償網絡驅動牽引網絡,然后調整振蕩器的頻率.

圖3是發生了什么的概述-未補償的晶振頻率響應溫度(紅色)就像一個三階多項式曲線(如果你采用振蕩器非線性效果,更像是第五個),所以目標是補償網絡是為了抵消溫度對晶體的影響而產生的電壓是有效的關于晶體曲線溫度軸的鏡像.補償電壓顯示為藍色,得到的頻率/溫度曲線以綠色顯示.

圖3.溫度補償

　　實現這一目標的方法隨著時間而改變.使用的第一種方法之一是直接補償技術,其中使用熱敏電阻,電容器和電阻器網絡來直接控制振蕩器的頻率.溫度的變化導致熱敏電阻(圖4中的RT1和RT2)發生變化,這會導致網絡的等效串聯電容發生變化-這反過來會改變晶體上的電容負載,從而導致頻率的變化.振蕩器.

圖4.直接補償

在隨后的開發中(圖5中所示的間接補償),熱敏電阻(RT1至RT3)和電阻(R1至R3)的網絡用于產生與溫度相關的電壓.對網絡的輸出電壓進行濾波,然后用于驅動變容二極管,該變容二極管改變晶振上的負載,再次導致頻率變化.

圖5間接補償

目前的方法將補償網絡和拉網絡集成到一個集成電路中(如圖6所示),補償網絡的作用由一組運算放大器組成,這些運算放大器在一起產生溫度上的3階或5階函數.與間接補償方法一樣,該電壓用于驅動變容二極管,這反過來又改變了振蕩器的輸出頻率.由于晶體特性的變化意味著沒有“一刀切”的功能,因此在TCXO的溫度測試期間得出了解決方案.兩個電容器陣列用于將室溫下的頻率調節到標稱值,然后在測試期間獲得溫度補償功能所需的設置并存儲在片上存儲器中.