阐明重要的VCXO振荡器性能规格

VCXO振荡器是一种频率控制器件,当输入电压变化时,它可以改变输出频率.在为任何应用选择VCXO时,必须考虑许多器件性能规格.本应用笔记试图阐明关键的VCXO特定性能规格,并说明与在应用程序中使用VCXO相关的一些权衡.

2.拉动范围,绝对拉动范围

牵引范围(PR)是在标称条件下,在其最大范围内改变控制电压将导致的频率偏差量.绝对牵引范围是在所有环境和老化条件下保证可控的频率范围.实际上,它是在考虑了温度,电源电压和老化等变量的频率稳定性容差后剩余的拉量程,即:

等式1

其中稳定性F是由于初始容差以及温度,电源和负载的变化而导致的器件频率稳定性.

图2显示了典型的SiTime晶振VCXOFV特性.FV特性随条件而变化,因此给定输入电压下的频率输出可以与VCXO的额定频率稳定性一样大.对于这种VCXOs,频率稳定性和APR是相互独立的.这允许在不影响频率稳定性的情况下提供非常广泛的拉取选项.

图3显示了典型的石英晶振基VCXO频率与电压(FV)的关系.对于石英基VCXOs,为了获得更高的APR,通常需要使用更低Q值的晶体来使晶体更"可拉"然而,这也具有降低频率稳定性的效果.因此,必须在应用所需的最小APR和该APR可用的最小频率稳定性之间进行权衡.通常,最好选择满足应用要求的最低APR.

图2:典型SiTimeVCXOFV特性 图3:典型石英VCXOFV特性

3.上下控制电压

上下控制电压是输入电压范围的规定限值(见图2).施加超过上下电压的电压不会导致输出频率的显著变化.换句话说,VCXO振荡器的FV特性饱和超过这些电压.图1和图2将这些电压显示为较低控制电压和较高控制电压.

4.线性度

在任何VCXO中,FV特性都会偏离理想直线.线性度是最大偏差与总拉动范围的比率,以百分比表示.

典型的石英基压控晶体振荡器通过变容二极管实现频率控制功能,这导致了弯曲的FV特性(图4).这些器件的线性规格通常在5%至10%范围内,如图5所示.相比之下,图6显示了SiTime的380倍系列VCXOs的线性度.该特性是极线性的,通常远小于1%(图7).

图4:典型石英VCXO线性度 图5:典型石英VCXOKv变化

图6:典型正弦电压控制振荡器线性千伏 图7:典型SiTimeVCXOKv变化

5.FV特性斜率,Kv

FV特性的斜率是许多低带宽锁相环应用中的一个关键设计参数.斜率是FV特性的导数——频率偏差除以在小电压范围内产生频率偏差所需的控制电压变化,如下所示:

等式2

它通常以千赫/伏特,兆赫/伏特,百万分之一伏特或类似单位表示.基于锁相环设计中使用的术语,斜率通常称为“千伏”.

标准石英基VCXO的FV特性斜率可在输入控制电压范围内显著变化,通常为10-20%.一些数据手册可能会指定典型的"平均"Kv,但由于Kv会影响带宽和相位裕量等重要的锁相环性能参数,因此在成功的设计中必须了解和考虑整个Kv变化.

图5和图7显示了典型的石英基和SiTimeVCXO380X系列Kv特性.SiTime380XVCXO系列的极端线性特性意味着整个输入电压范围内的Kv变化非常小(典型值<1%),大大减轻了锁相环设计人员的设计负担.

6.频率改变极性

频率变化极性指定电压-频率特性的斜率是正的(增加电压会增加输出频率)还是负的(增加电压会降低输出频率).SITIME晶振380X系列VCXOs提供正斜率选项.负斜率选项的接触时间.

7.控制电压带宽

控制电压带宽,有时称为"调制速率"或"调制带宽",是输出频率跟踪输入电压变化的速率.输出频率变化与输入电压变化之比(以前用Kv表示)在大多数VCXOs中具有低通特性.调制速率定义为在相同电压范围内扫描的DC输入的Kv相对于Kv降低3dB的调制速率.

例如,具有+/-150ppm牵引范围和0-3V控制电压的部件可以被认为具有100ppm/V的平均千伏.施加1.5VDC0.5V的输入导致100ppm(+/-50ppm)的输出频率.如果控制电压带宽指定为8千赫,当控制电压频率增加到8千赫时,输出频率变化的峰峰值将降低到100ppm/%2或71ppm.

8.结论

本文定义并阐明了最重要的VCXO振荡器性能规格,并说明了传统石英VCXO和SiTimeVCXOs在这些规格上的一些重要区别.性能参数之间权衡的更详细讨论将在单独的文档中给出.