溫補晶體振蕩器(TCXOs)在當今被廣泛使用無線通信系統(tǒng).它們已經(jīng)成為手機和日益增長的無線PDA產(chǎn)業(yè)的重要組成部分.高端TCXO晶振也是電信和其他行業(yè)的重要組成部分.TCXO和簡單石英晶體振蕩器之間的主要區(qū)別在于TCXO包含額外的電路來校正(補償)晶振的頻率與溫度特性.圖1描述了如何校正晶體的簡單說明.附加補償電路分為三大類:數(shù)字,模擬或模擬/數(shù)字組合.理解數(shù)字和模擬補償之間的差異很重要,因為在某些情況下,它們是不可互換的.下面則是由Crystek晶振集團所理解的TCXO晶振.

圖1 : TCXO補償

圖1所示的未補償頻率穩(wěn)定性是典型的AT-cut石英晶振.實際上,這是一系列曲線,主要是由毛坯切割的角度決定的.這些曲線遵循以下形式的三次方程:

商品TCXOs的頻率穩(wěn)定性從+/-1.5pm至+/-5pm超過-40C至+85C,最標準的規(guī)格是+/-2.5pm超過-30C至+75℃.在0C至+70C,頻率穩(wěn)定性低于+/-1.5ppm是難以實現(xiàn)的,因此屬于高性能類別.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可以用非常小的包裝制造,例如5x3.2x1.5毫米,甚至3.2x2.5x 1毫米,尺寸更小.這些微型振蕩器都是基于ASIC的,用于大批量生產(chǎn).由于使用的是特定的ASIC,晶體振蕩器公司不能提供任何定制,除了家族范圍內(nèi)的頻率.此外,所有這些小TCXOs實際上都是VC-TCXO振蕩器,也就是說,它們?yōu)殡娬{(diào)諧或偏差提供了引腳.

這些微型TCXOs上的輸出波形選項僅限于限幅正弦波或正弦波.例如,如果你需要HCMOS,它只能在較大的包裝上使用.所有流行的波形選項(正弦波,HCMOS,LVPECL等)都提供高性能TCXOs.) .限幅正弦波相對于其他波形有一個主要優(yōu)勢:電流汲取.在+3V時,限幅正弦的典型電流最大值為2mA.內(nèi)部限幅正弦驅(qū)動器簡單地來源于雙極晶體管的集電極.這意味著振蕩器看到的負載必須是高阻抗;通常它需要10K歐姆的負載.限幅正弦驅(qū)動器非常適合直接驅(qū)動PLL芯片,提供低電流解決方案.

有四種數(shù)字實現(xiàn)的ed (和一種基本模擬)類型.這些措施如下:

TCXO溫度補償晶體振蕩器(見圖2 )

圖2 :模擬TCXO

ADTCXO-模擬數(shù)字溫度補償晶體振蕩器(見圖3,但DAC和邏輯分別用立方函數(shù)和模擬放大器代替)

圖3 :數(shù)字溫度晶體振蕩器.

DTCXO-數(shù)字溫度補償晶體振蕩器(見圖3 )

MCXO-微處理器補償晶體振蕩器(見圖4 )

圖4 :微處理器補償晶體振蕩器.

DCXO-數(shù)控晶體振蕩器

圖3中的ADTCXO是手機行業(yè)現(xiàn)在使用的類型,有5.0*3.2mm貼片晶振和更小的版本.由于這些振蕩器體積小,成本低,因此也在所有類型的設(shè)備中進行設(shè)計.但是,設(shè)計者要小心:對于圖3的DTCXO版本和其他數(shù)字實現(xiàn),當振蕩器進行校正時,會出現(xiàn)相位命中(突然的相位變化),因為它檢測到溫度變化.由于其模擬后端,圖3的ADTCXO版本沒有相位跳變.

在頻率-溫度曲線中,確定振蕩器是否有相位命中或頻率階躍可能不容易看到.獲取頻率與溫度數(shù)據(jù)的一階導數(shù)有助于揭示相位命中.查看相位命中的另一種方法是建立一個測試,將TCXO用作鎖相環(huán)(PLL)的參考頻率,然后在TCXO隨溫度升高時監(jiān)控相位檢測器上的誤差電壓.

如果不能被吸收,A大相位沖擊可以解除許多通信鏈路的鎖定.因此,設(shè)計者必須考慮使用數(shù)字實現(xiàn)的振蕩器,提前完成盡職調(diào)查.

數(shù)字控制晶體振蕩器(DCXO)在這里沒有顯示為塊,因為它可以用許多不同的方式實現(xiàn).作者將DCXO定義為由設(shè)備的主微處理器校正晶體頻率的任何有源晶振.校正智能可能如下:

1)晶體的頻率.相對于溫度曲線

2)來自外部源的定時

3)來自外部或內(nèi)部源的參考頻率DCXO的設(shè)計者可能不想實現(xiàn)良好TCXO晶振的穩(wěn)定性.例如,他或她可能會對將+/-25μm晶體補償/校正至+/-5μm而不增加支架成本感到滿意-獨自一人.使用主微處理器進行每種形式的校正的另一個優(yōu)點是,可以在發(fā)送時停止更新,也可以在接收時停止更新.

表1總結(jié)了TCXOs以及簡單時鐘( XO )和VCXOs的不同版本,以供比較.

表1 :振蕩器類型穩(wěn)定性和價格范圍比較

CXOH20-BP-10.000溫度補償晶振,美國有源晶振PPRO30-10.000,PPRO30-40.000石英晶體振蕩器,PPRO30-13.000進口TCXO晶振,PPRO30-26.000大體積溫補晶振,CVT25-38.400高精度晶振,3225溫度補償晶振CVT25-13.000,CVT25-19.200貼片有源晶振,CVT25-26.000美國Crysek晶振,CVT25-33.600高性能晶振,大型有源晶振PPRO30-19.200