老实说，晶体振荡器并不是最容易理解的话题。这主要是因为有各种各样的晶体振荡器类型以不同的方式为不同的目的做不同的事情。这主要是由于几乎无穷无尽的应用程序使用。从太空中的卫星通信到军事和国防，再到电信等等……对晶体振荡器有很多不同的需求。
 
在这篇文章中，我们将介绍最常见的晶体振荡器类型，包括
•烤箱控制晶体振荡器（OCXO）
•温度补偿振荡器（TCXO）
•压控振荡器（VCXO）
•时钟振荡器（XO）
•以及每个类别中的一些其他键类型
 
       我知道这听起来很多，但别担心！深圳市亿金电子将使您的事情变得更容易。在这篇文章的最后，您将了解每种晶体振荡器类型的基本用途、优势和局限性。
 
烤箱控制晶体振荡器 (OCXO)
 
典型温度稳定性：±1 x 10-7 至 ±1 x 10-9
 
典型老化率：±2 x 10-7/年至±2 x 10-8/年
 
典型功耗：在稳态条件下（在 +25°C 环境温度下）为 1.5 瓦至 2.0 瓦
 
烤箱控制晶体振荡器 (OCXO) 是一种晶体振荡器，由迷你内部烤箱进行温度控制。这种类型的振荡器有一个温度控制电路来保持晶体和其他关键部件的温度一致。
 
当需要 ±1 x 10-8 或更高的温度稳定性时，通常使用 OCXO。虽然这种类型的振荡器在温度与频率稳定性方面比 TCXO 提高了十倍，但 OCXO 的价格往往更高，功耗也更高。
OCXO电路的温度特性
 
OCXO 的关键是在外部环境温度发生变化时将晶体和其他一些振荡器组件保持在一个特定温度。这可能与冬天的房子有关，其中位于房子内的恒温器会感应温度变化并控制熔炉以保持所需的温度。
 
所需的操作温度是多少？工作温度是晶体的转折点之一（请参阅晶体部分）。在转折点，频率与温度曲线的斜率为零。这意味着即使温度略有上升或下降，频率变化也很小。
 
请注意，对于 OCXO，晶体的转折点温度必须高于温度范围的上限。这是因为如果室外温度为 +35°C，您无法使用炉子将房屋温度控制在 +25°C。一般的经验法则是，您需要晶体的转折点比 OCXO 振荡器电路的上限工作温度高 10°C。
 
对于 OCXO，热敏电阻（我们将在 TCXO 部分详细讨论）相当于家里的恒温器。它用于感测晶体和晶体振荡器电路的温度。热源可以是功率晶体管或功率电阻器。所需的最后一个组件是一个比较器电路，用于控制热源中产生的电量。
 
比较器电路
 
比较器电路由运算放大器和配置为高增益放大器的其他组件（电阻器和电容器）组成。操作温度称为“设定点”，由在正常生产过程中选择的选定值电阻器进行调整。
 
在正常操作期间，热敏电阻通过更改为稍微不同的电阻值来感应环境温度变化。然后比较器电路调整产生的功率以使热敏电阻返回到原始电阻值，并将晶体和电路温度返回到原始设定点温度。
 
坚持房屋比较... OCXO 以与房屋类似的方式使用绝缘材料。绝缘用于减少环境温度变化的影响并减少维持设定点温度所需的功率量。使用的绝缘越好，保持在设定温度点所需的功率就越少。当今越来越多的射频应用需要更低的功率输入，因此绝缘起着关键作用。
 
典型 OCXO 的温度控制器电路会将设定点温度保持在 ±1°C 或更低。
双烤箱 OCXO
 
如果需要更严格的稳定性（±1 x 10-10 至 ±5 x 10-11），则可能需要双烤箱振荡器 (DOCXO)。 DOCXO 是通过将 OCXO 放入另一个烤箱包装中制成的。这个外部烤箱将缓冲 OCXO 免受环境变化的影响，两个温度控制器的组合可以将设定点温度保持在 ±0.10°C 以内。
 
使用 DOCXO 的一些最大缺点包括
•它们需要更大的封装尺寸
•它们消耗更多的电力
•通常更贵
 
在 +25°C 环境下，双烤箱振荡器的典型功耗在稳态条件下为 3.0 瓦至 4.0 瓦。
 
由于 OCXO 的老化率为 0.20 ppm/年至 2.0 x 10-8/年，因此需要在 +25°C 下调整频率以抵消老化效应。大多数 OCXO 具有类似于 TCXO 振荡器的机械频率调整。典型调整范围为 +2 ppm 至 ±0.20 ppm。
 
OCXO 中的石英晶体切割类型
 
晶体切割的类型也将增加振荡器的稳定性。某些类型的切割在其转折点处具有不同的频率与温度斜率。两种最常见的切割类型是 AT 和 SC 切割。
 
例如，对于 +80°C 的转折点，SC 切割晶体的斜率可能为 5 x 10--9/°C，而 AT 型晶体的斜率可能为 1 x 10-8/°C。 80°C 的转折点。使用相同的温度控制器，AT 型晶体的频率变化量是 SC 型晶体的两倍。温度稳定性和工作温度范围要求决定了所使用的晶体切割类型。
温控晶体振荡器 (TCXO)
 
典型温度稳定性：±0.20 ppm 至 ±2.0 ppm
 
典型老化率：±0.50 ppm/年至±2 ppm/年
 
温控晶体振荡器 (TCXO) 的作用类似于 OCXO，因为它们管理晶体振荡器电路的温度。但是，也有很多不同之处。
 
TCXO 的基本构建块是具有大约 ±50 ppm 偏差范围和温度敏感网络的 VCXO。该温度敏感网络（温度补偿电路）向变容二极管施加电压，在工作温度范围内的任何温度下校正 VCXO 的频率。
 
TCXO 实现的典型温度稳定性为 ±0.20 ppm 至 ±2.0 ppm。由此我们可以看出，与时钟振荡器相比，TCXO 的温度稳定性提高了大约十倍。
 
TCXO 电路
 
要创建温度补偿电路，您需要一些东西来感应环境温度。热敏电阻是大多数 TCXO 中的典型传感设备。热敏电阻是电阻器件，其电阻取决于环境温度。
 
有两种类型的热敏电阻
1.具有正系数的：它们的电阻随着温度的升高而升高
2.负系数：电阻随温度升高而下降
 
典型的温度补偿电路将热敏电阻和电阻器组合成一个分压器网络，以在任何温度下产生所需的校正电压。然后将该校正电压施加到变容二极管。
 
如果温度补偿电路与晶体的温度曲线完全匹配，则振荡器的频率将随着温度的变化保持恒定。由于可用晶体的可变性和可用的热敏电阻系数，这在现实世界中是无法获得的。每个晶体的温度稳定性略有不同，并且产生完美网络区域的确切热敏电阻系数和值并不总是可用。
 
相关阅读：晶体振荡器可以在其指定的温度范围之外工作吗？
 
通常给定的热敏电阻组用于生产批次中的所有 TCXO。这将允许将大多数 TCXO 校正到可接受的稳定性。如果需要更严格的温度稳定性，可以在生产过程中调整热敏电阻，但由于测试时间较长，TCXO 的成本会增加。
 
另一个需要克服的主要问题是晶体温度稳定性的扰动（与曲线拟合数据的偏差）。这些与平滑温度曲线的偏差很难补偿，如果它们的持续时间很短，则无法补偿。如果 TCXO 的温度稳定性要求太严格，则可能必须更换一些晶体并重新开始生产测试。这将增加 TCXO 的成本。
 
由于 TCXO 的老化速率为 0.50 ppm/年至 2.0 ppm/年，因此需要在 +25°C 下调整频率以抵消老化效应。大多数 TCXO 具有类似于时钟振荡器的机械频率调整功能。典型的调整范围是±5 ppm。
压控晶体振荡器 (VCXO)
 
典型偏差范围：±10 ppm 至高达 ±2000 ppm。
 
典型老化率：±1 ppm/年至±5 ppm/年
 
VCXO 振荡器（Voltage-Controlled Crystal Oscillator）是一种晶体振荡器，其频率可以通过外部施加的电压进行调节。 VCXO 在频率调制 (FM) 和锁相环 (PLL) 系统中有广泛的应用。
 
压控振荡器的频率由称为变容二极管的设备维持。该器件本质上是一个电压可变电容器。变容二极管的电容与施加的电压成反比。
 
要了解二极管如何成为电压可变电容器，首先要考虑什么是电容器。它由两个由电介质隔开的带相反电荷的板组成。二极管只不过是一个 P-N 硅结。两个区域的相对边缘用作板。反向偏压迫使电荷远离其正常区域并形成耗尽层。电压越大，耗尽层越宽。这增加了板之间的距离，从而降低了电容。
 
为了获得更大的调谐范围，一些变容二极管具有超突变结。超突变变容二极管中的掺杂在结附近更密集，这导致耗尽层更窄，电容更大。因此，反向电压的变化对电容的影响更大。
 
VCXO 的传递函数（或斜率极性）是频率变化方向与控制电压的关系。这可以是正的（意味着电压的正变化会导致频率升高）或负的（意味着电压的负变化会导致频率升高）。需要指定此参数或假设某些斜率由制造商。
 
作为一般经验法则，不要指定超出必要的偏差范围。这是因为具有较大偏差的 VCXO 在温度和时间方面的稳定性较差。举个例子：
•±25 ppm 偏差VCXO 的温度稳定性在0°C 至+50°C 范围内可能为±10 ppm，年老化率为±1 ppm。
•±1000 ppm 偏差VCXO 的温度稳定性在0°C 至+50°C 范围内可能为±100 ppm，年老化率为±5 ppm。
石英晶体和时钟振荡器 (XO)
 
典型老化率：±1 ppm/年至±5 ppm/年
 
典型校准容差：对于 AT 晶振，为 ±10 ppm
 
典型频率调整范围：±10 ppm 至 ±20 ppm
 
晶控时钟振荡器（XO）是一种利用石英晶体固有的温度稳定性来实现其温度稳定性的器件。 该特性通常以百万分之十 (ppm) 为单位指定。 室温 (+25°C) 下的初始精度大部分取决于晶体的校准。
 
可以结合频率调整电子电路，以便可以调整室温下的标称频率以适应老化。 这种频率调整将通过使用微调电容器实现，典型调整范围为 ±10 ppm 至 ±20 ppm。 通过这种类型的调整，+25°C 时的频率通常可以设置为 ±1 ppm。
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