當需要比xtal振蕩器更高的精度和穩定性時,使用溫度補償晶體振蕩器TCXO.如名稱所示,溫度補償晶體振蕩器提供了抵消由晶體振蕩器中的溫度變化引起的頻率變化的手段.該模塊被稱為溫度補償晶體振蕩器或TCXO,能夠提供比標準晶體振蕩器更高的性能.通過測量溫度并對VCXO施加校正電壓,可以在保持低成本的同時顯著提高性能.通常,許多分銷商都可以提供各種頻率,電源電壓和封裝的溫補晶振,使開發人員能夠將這些項目設計成許多電子設備.
晶體振蕩器的溫度性能
晶體振蕩器能夠提供比LC諧振器電路提供的更好的性能水平.然而,晶體振蕩器仍受溫度影響.即使AT切割的晶體也會受到溫度的影響,盡管它們的操作已經過優化,可在0到70°C的溫度范圍內使用.

石英晶體諧振器溫度頻率曲線(AT切割晶體)
溫度的影響在很大程度上是可重復和可定義的.因此,可以使用溫度補償晶體振蕩器TCXO來補償許多效應.典型或預期性能水平的典型比較如下表所示:

注意:這些性能數據非常通用,只能用于粗略的指導.確切數字取決于所使用的項目,這些數據應從制造商數據表中獲得.
TCXO解決方案
TCXO調節振蕩器的頻率以補償由于溫度變化而發生的變化.為實現這一目標,TCXO中的主要元件是壓控振蕩器(VCXO).它連接到一個檢測溫度的電路,并向振蕩器施加一個小的校正電壓,如下所示.

有許多不同的元素構成整體溫控振蕩器:
補償網絡:補償網絡是整個系統運行的關鍵.上面可以看到有源晶振的溫度頻率響應的近似曲線.實際曲線可以近似以3階多項式表達式的形式表示,盡管更精確的表示考慮了一些非線性并且計算得接近5階多項式.補償網絡需要檢測溫度并產生與此相反的電壓.
早期的設計將使用模擬電路,并且通常直接使用電容器,電阻器和熱敏電阻網絡來直接控制振蕩頻率.這種類型的電路包括補償網絡圖和晶體頻率牽引塊的兩個塊.

TCXO晶振中使用的補償電壓
目前,技術通常采用間接方法,其中在補償網絡中感測溫度,并且產生電壓,該電壓提供與溫度曲線相反的頻率變化.這可以使用模擬組件來實現,但是當前技術通常結合某種形式的數字信號處理以能夠產生更準確的響應,并且可以通過利用特定振蕩器的響應對ROM進行編程來單獨線性化單元.DSP電路通常包含在一個特殊的ASIC中,使其能夠根據應用進行定制,而不會消耗太多電流.
振蕩器拉電路:一旦產生電壓,就會將其應用于可以拉動石英晶體振蕩器頻率的電路.通常,這包括變容二極管和一些低通濾波.
晶體振蕩器:振蕩器電路通常是標準電路,但設計用于為晶體提供理想驅動電平等操作條件.
電壓調節器:為了防止外部電壓變化引入不必要的頻率偏移,整個TCXO應該包含一個電壓調節器,它本身不應引入不必要的溫度影響.
緩沖放大器:需要一個緩沖放大器來增加驅動輸出.它應該為晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能出現的任何外部負載變化的影響.
此外,溫補晶振通常具有外部調整功能,可以定期重置頻率.這使得能夠消除晶體老化的影響.校準調整之間的時間段取決于所需的準確度,但通常可以是六個月或一年.如果需要非常高的準確度,可以使用較短的時間段.

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