解析溫補(bǔ)晶振的秘密
來源：http://www.jqhs.com.cn 作者：kangbidz 2012年05月16
溫補(bǔ)晶振由普通化轉(zhuǎn)換成小型化是一個過程,在近十幾年中得到穩(wěn)定長足發(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，目前的主流產(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晶振，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，日本愛普生EPSON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。目前高穩(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振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。溫度補(bǔ)償晶體振蕩器
TCXO的應(yīng)用
石英振蕩器的發(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。目前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)。
TCXO的原理
溫補(bǔ)振蕩器（TCXO）是通過附加的溫度補(bǔ)償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。TCXO中，對石英晶體振子頻率溫度漂移的補(bǔ)償方法主要有直接補(bǔ)償和間接補(bǔ)償兩種類型：
（1）直接補(bǔ)償型 直接補(bǔ)償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補(bǔ)償電路，在振蕩器中與石英晶體諧振器振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時，熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應(yīng)變化，從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補(bǔ)償方式電路簡單，成本較低，節(jié)省印制電路板（PCB）尺寸和空間，適用于小型和低壓小電流場合。但當(dāng)要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時，直接補(bǔ)償方式并不適宜。
（2）間接補(bǔ)償型 間接補(bǔ)償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類型。模擬式間接溫度補(bǔ)償是利用熱敏電阻等溫度傳感元件組成溫度－電壓變換電路，并將該電壓施加到一支與晶體振子相串接的變?nèi)荻O管上，通過晶體振子串聯(lián)電容量的變化，對晶體振子的非線性頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低電壓情況下受到限制。數(shù)字化間接溫度補(bǔ)償是在模擬式補(bǔ)償電路中的溫度—電壓變換電路之后再加一級模/數(shù)（A/D）變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該法可實(shí)現(xiàn)自動溫度補(bǔ)償，使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高，但具體的補(bǔ)償電路比較復(fù)雜，成本也較高，只適用于基地站和廣播電臺等要求高精度化的情況。TCXO發(fā)展現(xiàn)狀。
TCXO的應(yīng)用
石英振蕩器的發(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。目前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)。
TCXO的原理
溫補(bǔ)振蕩器（TCXO）是通過附加的溫度補(bǔ)償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。TCXO中，對石英晶體振子頻率溫度漂移的補(bǔ)償方法主要有直接補(bǔ)償和間接補(bǔ)償兩種類型：
（1）直接補(bǔ)償型 直接補(bǔ)償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補(bǔ)償電路，在振蕩器中與石英晶體諧振器振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時，熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應(yīng)變化，從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補(bǔ)償方式電路簡單，成本較低，節(jié)省印制電路板（PCB）尺寸和空間，適用于小型和低壓小電流場合。但當(dāng)要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時，直接補(bǔ)償方式并不適宜。
（2）間接補(bǔ)償型 間接補(bǔ)償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類型。模擬式間接溫度補(bǔ)償是利用熱敏電阻等溫度傳感元件組成溫度－電壓變換電路，并將該電壓施加到一支與晶體振子相串接的變?nèi)荻O管上，通過晶體振子串聯(lián)電容量的變化，對晶體振子的非線性頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低電壓情況下受到限制。數(shù)字化間接溫度補(bǔ)償是在模擬式補(bǔ)償電路中的溫度—電壓變換電路之后再加一級模/數(shù)（A/D）變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該法可實(shí)現(xiàn)自動溫度補(bǔ)償，使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高，但具體的補(bǔ)償電路比較復(fù)雜，成本也較高，只適用于基地站和廣播電臺等要求高精度化的情況。TCXO發(fā)展現(xiàn)狀。
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