美国知名Crystek晶振对温补晶体振荡器的技术理解

温补晶体振荡器(TCXOs)在当今被广泛使用无线通信系统.它们已经成为手机和日益增长的无线PDA产业的重要组成部分.高端TCXO晶振也是电信和其他行业的重要组成部分.TCXO和简单石英晶体振荡器之间的主要区别在于TCXO包含额外的电路来校正(补偿)晶振的频率与温度特性.图1描述了如何校正晶体的简单说明.附加补偿电路分为三大类:数字,模拟或模拟/数字组合.理解数字和模拟补偿之间的差异很重要,因为在某些情况下,它们是不可互换的.下面则是由Crystek晶振集团所理解的TCXO晶振.

图1 : TCXO补偿

图1所示的未补偿频率稳定性是典型的AT-cut石英晶振.实际上,这是一系列曲线,主要是由毛坯切割的角度决定的.这些曲线遵循以下形式的三次方程:

商品TCXOs的频率稳定性从+/-1.5pm至+/-5pm超过-40C至+85C,最标准的规格是+/-2.5pm超过-30C至+75℃.在0C至+70C,频率稳定性低于+/-1.5ppm是难以实现的,因此属于高性能类别.商品TCXOs通常不到8美元,而高性能高精度晶振TCXOs通常是15美元或更多.

商品TCXOs可以用非常小的包装制造,例如5x3.2x1.5毫米,甚至3.2x2.5x 1毫米,尺寸更小.这些微型振荡器都是基于ASIC的,用于大批量生产.由于使用的是特定的ASIC,晶体振荡器公司不能提供任何定制,除了家族范围内的频率.此外,所有这些小TCXOs实际上都是VC-TCXO振荡器,也就是说,它们为电调谐或偏差提供了引脚.

这些微型TCXOs上的输出波形选项仅限于限幅正弦波或正弦波.例如,如果你需要HCMOS,它只能在较大的包装上使用.所有流行的波形选项(正弦波,HCMOS,LVPECL等)都提供高性能TCXOs.) .限幅正弦波相对于其他波形有一个主要优势:电流汲取.在+3V时,限幅正弦的典型电流最大值为2mA.内部限幅正弦驱动器简单地来源于双极晶体管的集电极.这意味着振荡器看到的负载必须是高阻抗;通常它需要10K欧姆的负载.限幅正弦驱动器非常适合直接驱动PLL芯片,提供低电流解决方案.

有四种数字实现的ed (和一种基本模拟)类型.这些措施如下:

TCXO温度补偿晶体振荡器(见图2 )

图2 :模拟TCXO

ADTCXO-模拟数字温度补偿晶体振荡器(见图3,但DAC和逻辑分别用立方函数和模拟放大器代替)

图3 :数字温度晶体振荡器.

DTCXO-数字温度补偿晶体振荡器(见图3 )

MCXO-微处理器补偿晶体振荡器(见图4 )

图4 :微处理器补偿晶体振荡器.

DCXO-数控晶体振荡器

图3中的ADTCXO是手机行业现在使用的类型,有5.0*3.2mm贴片晶振和更小的版本.由于这些振荡器体积小,成本低,因此也在所有类型的设备中进行设计.但是,设计者要小心:对于图3的DTCXO版本和其他数字实现,当振荡器进行校正时,会出现相位命中(突然的相位变化),因为它检测到温度变化.由于其模拟后端,图3的ADTCXO版本没有相位跳变.

在频率-温度曲线中,确定振荡器是否有相位命中或频率阶跃可能不容易看到.获取频率与温度数据的一阶导数有助于揭示相位命中.查看相位命中的另一种方法是建立一个测试,将TCXO用作锁相环(PLL)的参考频率,然后在TCXO随温度升高时监控相位检测器上的误差电压.

如果不能被吸收,A大相位冲击可以解除许多通信链路的锁定.因此,设计者必须考虑使用数字实现的振荡器,提前完成尽职调查.

数字控制晶体振荡器(DCXO)在这里没有显示为块,因为它可以用许多不同的方式实现.作者将DCXO定义为由设备的主微处理器校正晶体频率的任何有源晶振.校正智能可能如下:

1)晶体的频率.相对于温度曲线

2)来自外部源的定时

3)来自外部或内部源的参考频率DCXO的设计者可能不想实现良好TCXO晶振的稳定性.例如,他或她可能会对将+/-25μm晶体补偿/校正至+/-5μm而不增加支架成本感到满意-独自一人.使用主微处理器进行每种形式的校正的另一个优点是,可以在发送时停止更新,也可以在接收时停止更新.

表1总结了TCXOs以及简单时钟( XO )和VCXOs的不同版本,以供比较.

表1 :振荡器类型稳定性和价格范围比较

CXOH20-BP-10.000温度补偿晶振,美国有源晶振PPRO30-10.000,PPRO30-40.000石英晶体振荡器,PPRO30-13.000进口TCXO晶振,PPRO30-26.000大体积温补晶振,CVT25-38.400高精度晶振,3225温度补偿晶振CVT25-13.000,CVT25-19.200贴片有源晶振,CVT25-26.000美国Crysek晶振,CVT25-33.600高性能晶振,大型有源晶振PPRO30-19.200