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更多>>解析溫補晶振的秘密
來源：http://www.jqhs.com.cn 作者：kangbidz 2012年05月16
溫補晶振由普通化轉(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后即可達到額定振蕩幅度的90%。金石（KSS）集團生產(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℃）。日本東澤通信機生產(chǎn)的TCO－935/937型片式直接溫補型TCXO晶振，頻率溫度特性（點頻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±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：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)水平的提高并沒進入到極限，創(chuàng)新的內(nèi)容和潛力仍較大。溫度補償晶體振蕩器
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)域重點擴展到移動通信系統(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振蕩器；另一只TCXO作為第2級本機振蕩器，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，采用直接補償方式，，由日本金石（KSS）公司生產(chǎn)。
TCXO的原理
溫補振蕩器（TCXO）是通過附加的溫度補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償方法主要有直接補償和間接補償兩種類型：
（1）直接補償型 直接補償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補償電路，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，直接補償方式并不適宜。
（2）間接補償型 間接補償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類型。模擬式間接溫度補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行補償。該補償方式能實現(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)字化間接溫度補償是在模擬式補償電路中的溫度—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。該法可實現(xiàn)自動溫度補償，使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高，但具體的補償電路比較復(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)域重點擴展到移動通信系統(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振蕩器；另一只TCXO作為第2級本機振蕩器，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，采用直接補償方式，，由日本金石（KSS）公司生產(chǎn)。
TCXO的原理
溫補振蕩器（TCXO）是通過附加的溫度補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償方法主要有直接補償和間接補償兩種類型：
（1）直接補償型 直接補償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補償電路，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，直接補償方式并不適宜。
（2）間接補償型 間接補償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類型。模擬式間接溫度補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行補償。該補償方式能實現(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)字化間接溫度補償是在模擬式補償電路中的溫度—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。該法可實現(xiàn)自動溫度補償，使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高，但具體的補償電路比較復(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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