當(dāng)需要比xtal振蕩器更高的精度和穩(wěn)定性時(shí),使用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器TCXO.比XTAL振蕩器更高精密的穩(wěn)定性TCXO溫度補(bǔ)償晶體振蕩器,溫度補(bǔ)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(bǔ)償晶體振蕩器或TCXO晶振,能夠提供比標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器更高的性能.通過(guò)測(cè)量溫度并對(duì)VCXO晶體振蕩器施加校正電壓,可以在保持低成本的同時(shí)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TCXO晶振,使開發(fā)人員能夠?qū)⑦@些項(xiàng)目設(shè)計(jì)成許多電子設(shè)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(huì)受到溫度的影響,盡管它們的操作已經(jīng)過(guò)優(yōu)化,可在0到70℃的溫度范圍內(nèi)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(fù)和可定義的.因此,可以使用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器TCXO來(lái)補(bǔ)償許多效應(yīng).

典型或預(yù)期性能水平的典型比較如下表所示：

表格中顯示的是TCXO晶體振蕩器和標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩器可能出現(xiàn)的典型值

注意：這些性能數(shù)據(jù)非常通用,只能用于粗略的指導(dǎo).確切數(shù)字取決于所使用的項(xiàng)目,這些數(shù)據(jù)應(yīng)從制造商數(shù)據(jù)表中獲得.

TCXO晶振解決方案

TCXO調(diào)節(jié)振蕩器的頻率以補(bǔ)償由于溫度變化而發(fā)生的變化.為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),TCXO中的主要元件是壓控晶體振蕩器（VCXO）.它連接到一個(gè)檢測(cè)溫度的電路,并向振蕩器施加一個(gè)小的校正電壓,如下所示.

TCXO框圖

有許多不同的元素構(gòu)成整體溫控振蕩器：

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵.上面可以看到振蕩器的溫度頻率響應(yīng)的近似曲線.實(shí)際曲線可以近似以3階多項(xiàng)式表達(dá)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(jì)算得接近5階多項(xiàng)式.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要檢測(cè)溫度并產(chǎn)生與此相反的電壓.

早期的設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)來(lái)直接控制振蕩頻率.這種類型的電路包括補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)圖和晶體頻率牽引塊的兩個(gè)塊.

TCXO中使用的補(bǔ)償電壓

目前,技術(shù)通常采用間接方法,其中在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中感測(cè)溫度,并且產(chǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn),但是當(dāng)前技術(shù)通常結(jié)合某種形式的數(shù)字信號(hào)處理以能夠產(chǎn)生更準(zhǔn)確的響應(yīng),并且可以通過(guò)利用特定石英晶體振蕩器的響應(yīng)對(duì)ROM進(jìn)行編程來(lái)單獨(dú)線性化單元.DSP電路通常包含在一個(gè)特殊的ASIC中,使其能夠根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行定制,而不會(huì)消耗太多電流.

振蕩器拉電路：一旦產(chǎn)生電壓,就會(huì)將其應(yīng)用于可以拉動(dòng)晶體振蕩器頻率的電路.通常,這包括變?nèi)荻O管和一些低通濾波.

晶體振蕩器：振蕩器電路通常是標(biāo)準(zhǔn)電路,但設(shè)計(jì)用于為石英晶體提供理想驅(qū)動(dòng)電平等操作條件.

電壓調(diào)節(jié)器：為了防止外部電壓變化引入不必要的頻率偏移,整個(gè)TCXO應(yīng)該包含一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器,它本身不應(yīng)引入不必要的溫度影響.

緩沖放大器：需要一個(gè)緩沖放大器來(lái)增加驅(qū)動(dòng)輸出.它應(yīng)該為晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能出現(xiàn)的任何外部負(fù)載變化的影響.

此外,TCXO晶振通常具有外部調(diào)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(zhǔn)調(diào)整之間的時(shí)間段取決于所需的準(zhǔn)確度,但通常可以是六個(gè)月或一年.如果需要非常高的準(zhǔn)確度,可以使用較短的時(shí)間段.

TCXO石英晶體振蕩器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)總結(jié)如下：

TCXO PPM性能：TCXO溫度性能優(yōu)于普通石英晶體振蕩器.通?？梢钥吹?/span>10到40倍改善的數(shù)字.上表中給出了不同溫度范圍的典型數(shù)字.在0至70℃的溫度范圍內(nèi),優(yōu)于±1.5ppm的數(shù)字難以實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗鼈儗儆诔杀撅@著增加的高精度類別.

功耗：鑒于所需的額外電路,TCXO的功耗將大于普通振蕩器.此外,成本更高.還應(yīng)該記住,振蕩器啟動(dòng)后需要一段時(shí)間才能使振蕩器穩(wěn)定下來(lái).取決于設(shè)計(jì),這可以是100ms的量級(jí),或者可能更長(zhǎng).

TCXO封裝：TCXO可以提供各種封裝,包括超小型2016晶振,2520溫補(bǔ)晶振,3225晶振,5032以及7050晶振等,具體取決于它們的設(shè)計(jì)方式和最終用戶的要求.最常見的結(jié)構(gòu)形式是在小型印刷電路板上構(gòu)建電路,該電路板可以放置在平板金屬封裝中.這適合安裝到整個(gè)設(shè)備的主電路板上.由于晶體本身是密封的,這意味著整個(gè)TCXO封裝的密封并不重要,甚至大多數(shù)應(yīng)用都需要.

輸出格式和電平：由于許多TCXO用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字電路,大多數(shù)小型振蕩器封裝產(chǎn)生所謂的限幅正弦波.這適用于驅(qū)動(dòng)邏輯電路,盡管在許多情況下,通過(guò)邏輯緩沖器確保它足夠方形是明智的.輸出通常是開路集電極電路.如果需要正弦波輸出,那么必須在開始時(shí)選擇它,這將限制可用的選擇.

電源要求：實(shí)際電源要求取決于特定設(shè)備.許多電源采用3 V電源供電,可能只需2 mA,但這取決于一般類型,制造商和所選的特定器件.

TCXO晶體振蕩器的類型

盡管通常以這種方式提及溫度補(bǔ)償晶體振蕩器,但偶爾會(huì)使用更詳細(xì)的描述.這導(dǎo)致了可用于提供溫度補(bǔ)償?shù)母鞣N技術(shù).

ADTCXO：這是一個(gè)模擬數(shù)字TCXO.這種形式的TCXO晶振已廣泛用于手機(jī)中.這使用模擬技術(shù)為振蕩器提供溫度校正.它具有以下優(yōu)點(diǎn)：變化緩慢發(fā)生,并且沒有像某些全數(shù)字類型那樣經(jīng)歷相位跳躍.

DCXO：DCXO是一種振蕩器,其中任何校正都由設(shè)備內(nèi)的主處理器計(jì)算.通過(guò)這種方式,TCXO不是單獨(dú)的實(shí)體,但是處理結(jié)合在整個(gè)設(shè)備的處理中.這有助于在某些情況下節(jié)省成本.

DTCXO：可能猜到,這是一個(gè)數(shù)字TCXO.它使用溫度傳感器,然后邏輯和數(shù)學(xué)函數(shù)使用數(shù)字電路和查找表.使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC將得到的數(shù)字校正圖轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào).

MCXO：MCXO使用微處理器提供處理,以在各種情況下實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的補(bǔ)償.雖然性能稍好一些,但成本卻高于其他形式的TCXO.

TCXO填補(bǔ)了未補(bǔ)償晶體振蕩器,xtal振蕩器和全烤箱控制晶體振蕩器OCXO之間的空白.通常,TCXO晶振的性能對(duì)于許多應(yīng)用而言將是足夠的,并且成本的一小部分,更小的輪廓和比OCXO更低的功耗.因此,TCXO對(duì)于許多電路和系統(tǒng)形成了非常有吸引力的選擇.