晶振元件使用在各種類型的電子產品中,如使用在對產品有較高要求的石英晶體振蕩器,光是有源晶振就可分為好幾種類別,有著不同功能的有源晶振,有帶電壓的普通有源晶振,電壓控制的壓控晶體振蕩器(VCXO),溫度補償功能的溫補晶體振蕩器(TCXO),帶電壓及溫度補償功能的壓控溫補晶體振蕩器(VCTCXO),以及行業中的最高要求高技術的差分晶振等一系列的有源晶振.下面主要介紹下關于壓控晶體振蕩器
壓控晶體振蕩器是一種石英晶體振蕩器.它包括變容二極管和相關電路.允許通過在該二極管兩端施加電壓來改變頻率.這可以在簡單的時鐘或正弦波晶體振蕩器,TCXO(產生TC/VCXO溫度補償壓控晶體振蕩器)或烘箱控制型(產生OC/VCXO烘箱控制壓控晶體振蕩器)中實現.
VCXOs有幾個獨特的特性.在生成VCXO規范時.除了定義固定頻率有源晶振的特性之外.這些規范也適用.VCXOs特有的主要規格如下:
控制電壓-這是施加到VCXO輸入端的變化電壓.導致頻率變化.它有時被稱為調制電壓.尤其是當輸入是交流信號時.
偏差-這是由控制電壓變化引起的頻率變化量.例如.5伏控制電壓可能導致100ppm的偏差.或者0至+5伏控制電壓可能導致150ppm的總偏差.
傳遞函數(有時稱為斜率極性)-這表示頻率變化對控制電壓的方向.正傳遞函數表示增加的正控制電壓的頻率增加.如圖1a所示.相反.如果頻率隨著更正(或更負)的控制電壓而降低.如圖1b所示.傳遞函數為負.
圖1A
圖1B
線性-公認的線性定義是MIL-PRF-55310中規定的定義.它是頻率誤差和總偏差之間的比率.以百分比表示.其中頻率誤差是通過輸出頻率與控制電壓的曲線圖繪制的最佳直線的最大頻率偏移.如果振蕩器的規格要求線性度為5%.實際偏差為20kHz.如圖2所示.輸出頻率與控制電壓輸入的曲線可能與最佳直線“A”相差1kHz(20kHz±5%).這些限制用線“B”和“C”表示.“D”表示VCXO振蕩器的典型曲線.其線性度在5%以內.
圖2
在圖3中.與最佳直線“A”的最大偏差為-14ppm.總偏差為100ppm.因此線性度為14ppm/100ppm=14%.
圖3
產生圖2所示特性的VCXO使用超突變結變容二極管.偏置以適應雙極()控制電壓.產生圖3中特性的VCXO使用具有施加單極控制電壓的突變結變容二極管(在這種情況下為正).
良好的VCXO設計要求電壓-頻率曲線平滑(無間斷)和單音.所有VectronVCXOs都表現出這些特性.
調制率(有時稱為偏差率或頻率響應)-這是控制電壓變化導致相應頻率變化的速率.它是通過施加峰值等于指定控制電壓的正弦波信號.解調VCXO的輸出信號.并比較不同調制速率下解調信號的輸出電平來測量的.Vectron將調制速率定義為產生解調信號的最大調制頻率.該解調信號在100Hz調制信號的3db范圍內.雖然非貼片晶振控制的VCOs可以以非常高的速率調制(對于大于10MHz的輸出頻率大于1MHz).但是VCOs的調制速率受到晶體物理特性的限制.雖然VCXO的調制輸入網絡可以被擴展以產生高于100kHz的3db響應.但是由于晶體的原因.解調的信號在大于20kHz的調制頻率下可能表現出5-15db的幅度變化.
斜率/斜率線性/增量靈敏度-這可能是一個令人困惑的領域.因為這些術語經常被誤用.如果要定義總偏差除以總控制電壓擺動.斜率實際上應該稱為平均斜率.對于圖2所示的VCXO.平均斜率為-20千赫/10伏特=-2千赫/伏特.增量靈敏度.通常被誤稱為斜率線性.意味著頻率對控制電壓的增量變化.
因此.雖然在這個例子中的平均斜率是-2kHz/伏特.但是曲線的任何部分的斜率可能與-2kHz/伏特大不相同.事實上.對于直線線性度為1%-5%的VCXOs.增量靈敏度大約(非常近似)是直線線性度的10倍.因此.具有5%最佳直線線性度的VCXO可以表現出每伏50%的斜率變化.因此.一個標有"斜率:2kHz/volt10%"的規范需要澄清.因為它可能意味著平均斜率或增量靈敏度.如果高精度晶振意在定義平均斜率.它只是規定了18kHz到22kHz的總偏差.更恰當地說."總偏差:20kHz-10%."然而.如果預期每一增量電壓的頻率變化必須在1.8kHz和2.2kHz之間.則高度線性VCXO被指定為10%的增量靈敏度幾乎與1%的最佳直線線性相關.規范中的這個元素應該是"增量靈敏度:每伏特2千赫茲10%”
其他設計考慮
穩定性-石英晶體是高Q器件.是晶體振蕩器的穩定性決定元素.它固有地抵制被“拉”(偏離)到它的設計頻率.為了產生具有顯著偏差的VCXO.振蕩器電路必須“去Q”.這導致在石英晶振的頻率-溫度特性、老化特性和短期穩定性(以及相關的相位噪聲)特性方面降低晶體的固有穩定性.因此.不指定比絕對要求的偏差更大的偏差符合用戶的最佳利益.
鎖相-當VCXO用于鎖相環應用時.偏差應該總是至少與VCXO本身及其被鎖定的參考或信號的組合不穩定性一樣大.vectron生產一系列VCXOs.專門用于鎖相環應用中(在下面的頁面中描述).然而.如果系統的開環穩定性要求比該產品線中的要求更嚴格.則可能需要TC/VCXO.對于最高穩定性開環要求.合適的振蕩器可以是本cata-log的TCXO或OCXO部分中描述的振蕩器.包括窄偏差VCXO選項.而不是VCXO部分中描述的振蕩器.
基本振蕩器頻率-基本模式晶體(通常為10-25MHz)允許最寬的偏差.而第三泛音晶振(通常為20-70MHz)允許偏差約為適用于基本原理的1/9.因此.所有寬偏差VCXOs(大于100到200ppm偏差)都使用基本晶體；較窄偏差的VCXOs可以使用基模或第三泛音晶體.其選擇通常取決于線性和穩定性等規格.很少有更高的泛音.因此更高頻率的晶體在VCXOs中得到應用.因此.輸出頻率高于或低于適當晶體頻率的vcxo包括倍頻器或分頻器.
一般注意事項——雖然任何類型的晶體振蕩器都是如此.但是對于VCXOs來說.用戶不要過度指定產品尤其重要.VCXO振蕩器的特殊問題是.增加的偏差會導致穩定性下降.這可能導致需要更大的偏差.進一步降低穩定性.導致所需偏差的螺旋式增加.
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