IDT Temperature compensated crystal oscillator，IDT是一家秉持著創(chuàng)新設(shè)計理念的供應(yīng)商，致力于為廣泛應(yīng)用市場提供性能優(yōu)越，低成本，低抖動的產(chǎn)品，其中最為主流的TCXO產(chǎn)品，一直深受GPS定位系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的歡迎，經(jīng)過長期耐心打磨，以及極致的追求，使得其能夠在短時間之內(nèi)開發(fā)大量優(yōu)質(zhì)的溫補晶振產(chǎn)品，TCXO溫補晶振是一種溫度補償晶體振蕩器，只要在變化的溫度環(huán)境中需要特別高的穩(wěn)定性，即當(dāng)振蕩器的頻率偏差在其整個工作溫度范圍內(nèi)必須最小時，就可以使用。

振蕩器使用石英晶體板，所謂的“空白”是產(chǎn)生穩(wěn)定和精確的參考頻率的最經(jīng)濟的解決方案。然而，它們的頻率精度因環(huán)境溫度而異。在25°C的溫度下，精確度最高。環(huán)境溫度偏離25°C越遠(yuǎn)，頻率偏差將根據(jù)特定特征而改變。

溫度和頻率偏差之間的關(guān)系可以使用三次多項式函數(shù)來近似。A 5th度函數(shù)也可以用于更精確的曲線擬合。

在極端溫度條件下，正常石英晶體振蕩器(XO)會出現(xiàn)最大+/- 100 ppm的頻率偏差，因為高次多項式系數(shù)在極端溫度范圍內(nèi)更加明顯。如上圖1所示，普通XO的頻率穩(wěn)定性對于許多應(yīng)用來說完全足夠。然而，還有許多其他應(yīng)用，例如無線或GPS應(yīng)用，它們的需求更高，而TCXOs只能滿足這些需求。

TCXO的設(shè)計和功能

TCXOs在-40°C至85°C的整個工作溫度范圍內(nèi)抑制頻率偏差，從而實現(xiàn)高達(dá)0.5ppm的頻率穩(wěn)定性。

在下文中，將通過仔細(xì)觀察其基本架構(gòu)來詳細(xì)解釋TCXO的功能。通常，TCXO由五個功能塊組成(圖2)，下面將對每個功能塊進(jìn)行更詳細(xì)的描述。IDT Temperature compensated crystal oscillator.

1)用多項式函數(shù)控制信號發(fā)生器

控制信號發(fā)生器是TCXO晶體振蕩器的心臟。第一步，它借助內(nèi)置溫度傳感器觀察環(huán)境溫度(δT)的變化。使用具有預(yù)定義基準(zhǔn)電壓的比較器，檢測到的溫度(δT)將被轉(zhuǎn)換為比例溫度電壓(V_T)。在下一步驟中，使用多項式函數(shù)發(fā)生器將溫度電壓(V_T)轉(zhuǎn)換成特定的控制電壓(V_C)。

綜上所述，可以說控制電壓V_C(紅色曲線)遵循預(yù)定義的處理，反映了振蕩器的溫度感知(藍(lán)色曲線)。然而，由于所有的晶體坯都有各自的溫度特性，因此需要進(jìn)行逐塊補償，以確定每個晶體坯的多項式函數(shù)系數(shù)。因此，TCXOs特別精確，但也比其他類型的振蕩器更貴。

2)拉動網(wǎng)絡(luò)

該電路利用控制電壓(δV _ C)來校正溫度變化引起的振蕩器頻率偏差。

為了理解控制電壓如何校準(zhǔn)頻率，看一下下面的等式是有幫助的:

因此，振蕩器的諧振頻率(fosc)由兩個等效變量決定:石英的等效電感(L)和等效電容(C)。作為任何石英坯的自然屬性，電感(L)隨著溫度變化而變化。因此，只有通過調(diào)節(jié)由ASIC控制的電容(C)才能補償這些變化。

變?nèi)荻O管陣列用于通過互補地改變電容(δC)來抵消晶體坯的溫度效應(yīng)。當(dāng)溫度上升導(dǎo)致晶體坯的等效電感(L)上升時，等效電容(C)將被變?nèi)荻O管陣列互補地拉低。

3)核心振蕩器

除了這些溫度補償電路，TCXO自然也有一個普通的振蕩器電路，優(yōu)化產(chǎn)生所需的頻率。

4)電壓調(diào)節(jié)器

這個組件是一種“保護(hù)機制”。目的是調(diào)節(jié)從外部施加到TCXO的電壓，以防止TCXO內(nèi)的任何電壓波動，例如由電源噪聲引起的電壓波動。

5)輸出緩沖器

另一種保護(hù)機制。它將SPXO晶體振蕩器與任何外部負(fù)載變化隔離開來。因此，輸出負(fù)載電容的變化不會影響諧振頻率的精度。

TCXO:典型的應(yīng)用領(lǐng)域

由于其巨大的頻率穩(wěn)定性，TCXOs特別適合電信中的無線應(yīng)用。這些組件在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域、GPS應(yīng)用和眾多消費產(chǎn)品中也有很大的需求。

由于每個應(yīng)用都有其特定的要求，IDT Quartz提供了一個各種不同尺寸的TCXOs及其JT系列。這一產(chǎn)品組合最近又增加了推出新的FXTC-HE73，專門設(shè)計用于導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS、GNSS等)。).

FXTC-HE73系列的所有元件都配有HCMOS或限幅正弦輸出。此外，FXTC-HE73系列的所有組件都有兩個重要的核心特征。

約赫-TCXO僅使用經(jīng)過訓(xùn)練的石英毛坯

普通的石英毛坯可能有微小的缺陷或雜質(zhì)，例如石英表面上拋光不充分的區(qū)域或晶體毛坯中無序的晶格。這些微小的不規(guī)則性可能會導(dǎo)致特定溫度范圍內(nèi)的瞬時頻率跳變，這無法用有限次多項式方程來描述。因此，在這個特定的溫度范圍內(nèi)，TCXO的補償機制將是不準(zhǔn)確的。這種現(xiàn)象被稱為“頻率擾動”，如圖4所示。

圖4顯示了使用普通石英空白的TCXO的溫度特性，在63°c時出現(xiàn)意外的頻率擾動。因此，如果工作溫度接近該臨界溫度點，輸出頻率將發(fā)生突然跳變。由這種不準(zhǔn)確的頻率驅(qū)動的系統(tǒng)將表現(xiàn)出退化甚至故障，至少是暫時的。因此，IDT僅使用高質(zhì)量的石英坯件和復(fù)雜的晶體設(shè)計來避免TCXOs的任何頻率擾動。

混合信號ASIC實現(xiàn)實時反應(yīng)

IDT-tcxo由混合信號ASIC控制。因此，五個功能塊中的參數(shù)是數(shù)字設(shè)定的。相比之下，補償機制(即將感知的溫度轉(zhuǎn)換為校正電壓)是純實時模擬方法，因此與數(shù)字替代方案相比，沒有延遲或分辨率有限。

復(fù)雜的溫度補償機制和高質(zhì)量石英坯的使用確保了巨大的頻率穩(wěn)定性，從而使IDT-TCXOs有源晶體振蕩器成為無線和電信領(lǐng)域以及要求苛刻的導(dǎo)航系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的理想解決方案。

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