必须掌握的四大有源晶振技术特性,拿走不谢

随着电子产品的升级,对晶振产品的性能需求越来越高,未来有源晶振的普及度将远远超越现在;虽然当下在常用的晶振产品中无源晶振的应用是最广泛的,但是无源晶振的性能较为普通,不能满足对性能要求较高的电子产品;而有源晶振不管是在精度,环境适应性等方面的性能都较为优越,可以满足许多工作在复杂环境下且对晶振各项特性要求较高的产品或设备,有源晶振包括压控晶振,温补晶振,差分晶振以及普通有源晶振等石英晶振产品;下面对常用的四款有源晶振的各项技术要点进行分析.

时钟是通用石英晶体振荡器 (XO)类型.时钟通常用于为数字电路和微处理器提供频率定时.时钟通常采用与任何其他数字IC相同的技术,如TTL,CMOS,ECL等.这些时钟的频率范围主要受驱动技术的限制,例如STTL为75MHz,10kECL为125MHz,频率特性基本上是所用晶体的频率特性(主要使用AT切割).时钟可以获得低于±10ppm的校准频率容差.根据振荡器电路中关键电阻器,电容器或电感器的温度变化,振荡器电路可能会增加晶体漂移.通常,电路在频率变化方面是微不足道的.时钟是所有振荡器类型中最简单的.因此,与其他类型相比,它们更小,更便宜,并且使用更少的电力.启动时间(一旦通电后启动振荡器所需的时间)范围从1毫秒以下.到20毫秒.时钟振荡器通常仅需要一个电源电压来进行操作.

VCXO或压控贴片晶振可以使输出频率随振荡器控制引脚的电压变化而变化.VCXO用于许多应用,例如电信,TCXO或锁相环.具有给定电压变化(可牵引性)的频移量高度取决于振荡器电路.通常可以通过添加电感器来对晶体进行’去Q’来获得35至50ppm/伏的可拉性,并且获得更高的可牵引性.大多数(如果不是全部)VCXO使用变容二极管来改变频率.变容二极管基于相同端子上的DC(或低频AC)电压改变其端子上的电容.频率校准和漂移基本上是标准SPXO石英体振荡器的频率校准和漂移.通过设置控制电压的附加变量可以在一定程度上降低校准,其中定义了该校准.由于晶体管负载电容由变容二极管改变,因此温度漂移从控制电压的一端到另一端变化.因此,不能针对所有控制电压优化漂移.那些需要’去清’晶体的电路将比晶体本身具有更差的漂移.

TCXO(温度补偿晶体振荡器)调节温度变化的频率.TCXO的一个组成部分是VCXO.连接到VCXO通常是热敏电阻网络,设计用于在每个温度下适当地偏置VCXO贴片晶振的电压控制.最近,已经使用了其他补偿技术,例如数字处理.TCXO通常具有外部调整,用于定期设置校准频率.这是为了补偿晶体随时间的老化.校准之间的时间取决于所需的准确度,可以是每月一次到一年一次.频率漂移可以在±1至5ppm的范围内.这种容差中的一部分来自频率与温度的滞后(即,特定温度下的频率差异取决于温度是增加还是减少.功耗通常是标准时钟振荡器的两到三倍.尺寸和成本这些器件也比标准时钟振荡器大.上电后,TCXO的稳定频率可能需要100毫秒或更长时间.根据设计,TCXO可能还需要多个电源.

OCXO,烤箱控制晶体振荡器,使用烤箱来稳定频率变化.烤箱至少包含密封的水晶.为保持控制,烘箱温度必须高于应用中预期的最高环境温度.选择晶体使其在烘箱中预期的温度范围内几乎没有频率变化(通常小于±5EC).使用OXCO有源晶振可以实现远低于±1ppm的频率容差.需要额外的电路来控制烤箱并保持内部的适当温度.通常,与TCXO类似,必须定期进行校准以补偿晶体老化.烤箱中的加热器使用单独的电源.必须建立此电源与振荡器所需的其他电源之间的隔离,因为激活加热器时会产生噪声.所需的功率远高于标准时钟振荡器(高达几瓦的功率).同样,成本和整体尺寸远远超过时钟振荡器(成本和尺寸的40倍).OCXO在频率计数器,频谱分析仪,网络分析仪等测量设备中作为仪器仪表市场的时序标准很受欢迎.