溫度補(bǔ)償晶體振蕩器分類及特點(diǎn)

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器根據(jù)補(bǔ)償方式分可為兩大類，一種是間接補(bǔ)償晶體振蕩器，即在壓控晶體振蕩器（vcxo）的前端加一溫度補(bǔ)償電阻網(wǎng)絡(luò)，用補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓來控制vcxo的控制端電壓；另一種是直接補(bǔ)償晶體振蕩器（簡稱直補(bǔ)晶振），即直接在晶體振蕩電路的振蕩槽路加入具有溫度敏感性的補(bǔ)償阻容網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。后者在電路中省去了vcxo，也無須對振蕩電路進(jìn)行穩(wěn)壓，因此在電路、功耗、體積以及批量生產(chǎn)等各個方面都具有一定的優(yōu)勢。

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器又稱溫補(bǔ)晶振。英文簡稱為tcxo（temperature compensated crystal oscillator）是在一定的溫度范圍內(nèi)通過一定的補(bǔ)償方式（比如電容補(bǔ)償、熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)龋┒３志w振蕩器的輸出頻率在一定的精度范圍內(nèi)（如10^-7級、10^-6 級）的晶體振蕩器。它具有開機(jī)特性好、功耗低、頻率-溫度穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動通信、程控電話交換機(jī)、各類電子測量儀表中。

1）標(biāo)稱頻率：即振蕩器上標(biāo)明的頻率。

2）工作溫度范圍：振蕩器能正常工作。其頻率及其他性能均不超過規(guī)定的允許偏差的溫度范圍。

3）頻率準(zhǔn)確度：按規(guī)定條件要求,在基準(zhǔn)溫度（23℃±2℃）下測試，晶體振蕩器的頻率相對于其規(guī)定標(biāo)稱值的最大允許偏差，即（f-f0）/f0。

4）頻率-溫度穩(wěn)定度：按規(guī)定條件要求,在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即±（fmax-fmin）/(fmax fmin)。

5）輸出波形：按規(guī)定條件要求，振蕩器輸出波形類型為正弦波或方波。

6）頻率老化：晶體振蕩器輸出頻率隨時間的變化,通常用某一時間間隔的頻差來量度。如0至30天的總變化或1年內(nèi)的預(yù)定總頻率變化等。

7）相位噪聲：短期穩(wěn)定度的頻域量度。用單邊帶譜中每1hz帶寬的功率對載波功率的相位噪聲之比表示。

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器在近十幾年中得到長足發(fā)展，其中在精密tcxo的研究開發(fā)與生產(chǎn)方面，日本居領(lǐng)先和主宰地位。在70年代末汽車電話用tcxo的體積達(dá)20 以上，主流產(chǎn)品降至0.4 ，超小型化的tcxo器件體積僅為0.27 。在30年中，tcxo的體積縮小了50余倍乃至100倍。日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生產(chǎn)的表面貼裝tcxo厚度由4mm降至2mm，在振蕩啟動4ms后即可達(dá)到額定振蕩幅度的90%。金石（kss）集團(tuán)生產(chǎn)的tcxo頻率范圍為2～80mhz，溫度從－10℃到60℃變化時的穩(wěn)定度為±1ppm或±2ppm；數(shù)字式tcxo的頻率覆蓋范圍為0.2～90mhz，頻率穩(wěn)定度為±0.1ppm（－30℃～ 85℃）。日本東澤通信機(jī)生產(chǎn)的tco－935/937型片式直接溫補(bǔ)型tcxo，頻率溫度特性（點(diǎn)頻15.36mhz）為±1ppm/－20～ 70℃，在5v±5%的電源電壓下的頻率電壓特性為±0.3ppm，輸出正弦波波形（幅值為1vpp），電流損耗不足2ma，體積1 ，重量僅為1g。piezotechnology生產(chǎn)的x3080型tcxo采用表面貼裝和穿孔兩種封裝，正弦波或邏輯輸出，在－55℃～85℃范圍內(nèi)能達(dá)到±0.25～±1ppm的精度。國內(nèi)的產(chǎn)品水平也較高，如北京瑞華欣科技開發(fā)有限公司推出的tcxo（32～40mhz）在室溫下精度優(yōu)于±1ppm，第一年的頻率老化率為±1ppm，頻率（機(jī)械）微調(diào)≥±3ppm，電源功耗≤120mw。高穩(wěn)定度的tcxo器件，精度可達(dá)±0.05ppm。

高精度、低功耗和小型化，仍然是tcxo的研究課題。在小型化與片式化方面，面臨不少困難，其中主要的有兩點(diǎn)：一是小型化會使石英晶體振子的頻率可變幅度變小，溫度補(bǔ)償更加困難；二是片式封裝后在其回流焊接作業(yè)中，由于焊接溫度遠(yuǎn)高于tcxo的最大允許溫度，會使晶體振子的頻率發(fā)生變化，若不采限局部散熱降溫措施，難以將tcxo的頻率變化量控制在±0.5×10－6以下。但是，tcxo的技術(shù)水平的提高并沒進(jìn)入到極限，創(chuàng)新的內(nèi)容和潛力仍較大。

石英晶體振蕩器的發(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，其應(yīng)用領(lǐng)域重點(diǎn)擴(kuò)展到移動通信系統(tǒng)。tcxo作為基準(zhǔn)振蕩器為發(fā)送信道提供頻率基準(zhǔn)，同時作為接收通道的第一級本機(jī)振蕩器；另一只tcxo作為第2級本機(jī)振蕩器，將其振蕩信號輸入到第2變頻器。移動電話要求的頻率穩(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)。

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器應(yīng)注意：

a）要求在防靜電環(huán)境中安裝產(chǎn)品（有ic電路的對此項作要求）；

b）注意輕拿輕放，避免高位跌落或碰撞等引起的產(chǎn)品失效；

c）晶振所加電源電壓幅值、允差、極性正確；

d）注意電源紋波（低相噪晶振建議采用低紋波線性電源）；

e）輸出負(fù)載要匹配；

f）產(chǎn)品應(yīng)貯存在環(huán)境溫度為－10℃～40℃、相對濕度不大于80%、周圍環(huán)境無酸性、堿性及其他有害氣體的庫房中。2100433B

由于普通晶體振蕩器受環(huán)境溫度影響較大，恒溫晶體振蕩器的體積和功耗又比較大對于中等精度的要求，溫度補(bǔ)償晶體振蕩器是一種可取的方案。這種振蕩器的頻率穩(wěn)定度在10^-6-10^-3量級，開機(jī)卻能工作。近幾年來，溫補(bǔ)技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)用也日益廣泛。

1. 內(nèi)置高穩(wěn)定度的32．768KHz 的DTCXO (數(shù)字溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)

2. 支持I2C 總線的高速模式（400K）

3. 定時報警功能（可設(shè)定：天，日期，小時，分鐘）

4. 固定周期定時中斷功能。

5. 時間更新中斷功能。

6. 32．768KHz 頻率輸出（具有使能OE 功能）

7. 閏年自動調(diào)整功能。（2000 到2099）

8. 寬范圍接口電壓：2.2V 到 5.5V

9. 寬范圍的時間保持電壓：1.8V 到 5.5V

10. 低電流功耗：0.8uA/3V (Typ.)