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六月 10 2020

温补晶振的作用与工作原理


目录

1.简介
2.作用

3.原理

3.1直接补偿型

3.2间接补偿型

  在所有石英晶体材料做成的频率器件,均有一定的温漂,温漂是晶振的一个重要特性;一般情况下晶振出现温漂是在室外温度偏低或者比正常温度较高的情况下,影响因素有很多:例如天气、焊接过程中的失误等等。晶振在工作过程中出现温漂就会导致产品频率不稳定,甚至停振的现象,这是比较常见的现象,因此温补晶振的出现正是为了解决温漂问题所设计的一款高稳定度的压电元件,成为弥补石英晶体温漂的重要手段。

  1.简介

  温补晶振即温度补偿晶体振荡器(TCXO),其定义是将压电石英晶体原有的物理特性(压电效应下频率随温度成三次曲线变化),通过外围电路逆向改变使得石英晶体原有频率随温度的变化,尽可能的变小的一种补偿方式所做的石英晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。补偿后频率稳定度在10-7~10-6量级,它有好几种不同的类型:电压控制晶体振荡器(VCXO)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、恒温晶体振荡器(OCXO),以及数字补偿晶体振荡器(MCXO或DTCXO),每种类型都有自己的独特性能。

温补晶振

温补晶振

  2.作用

  一个温补晶振,可以通过测量温度,然后自动调整外部的匹配电容矩阵(改变接入的电容值)从而使频率变得更准确和稳定。用温度补偿的方法减少频率失真,因为振荡器工作时由于电阻的作用(晶体管或者集成电路都有内阻)就会有温升,温度升高对半导体影响很大,会使半导体的工作点发生飘移从而导致振荡频率的变化,这些变化对使用者来说影响很大如无线电通讯、本地时钟(单片机或者电脑)要求频率高度稳定,所以开发商生产出具有温度补偿性能的有源振荡器,这些具有温度补偿的晶体振荡器频率变化非常低,可以长期稳定工作提供高稳定性频率基准。

  3.原理

  温补晶振是利用附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的。在TCXO中,对石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有直接补偿和间接补偿两种类型:

  3.1直接补偿型

  直接补偿型TCXO是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路,在振荡器中与石英水晶振子串联而成的。在温度变化时,热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容容值相应变化,从而抵消或削减振荡频率的温度漂移。该补偿方式电路简单,成本较低,节省印制电路板(PCB)尺寸和空间,适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精度小于±1pmm时,直接补偿方式并不适宜。

  3.2间接补偿型

  间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。模拟式间接温度补偿是利用热敏电阻等温度传感元件组成温度-电压变换电路,并将该电压施加到一支与晶体振子相串接的变容二极管上,通过晶体振子串联电容量的变化,对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实现±0.5ppm的高精度,但在3V以下的低电压情况下受到限制。数字化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中的温度—电压变换电路之后再加一级模/数(A/D)变换器,将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿,使晶体振荡器频率稳定度非常高,但具体的补偿电路比较复杂,成本也较高,只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。

  以上就是温补晶振的作用与工作原理介绍了。由于其工作温区宽、频率稳定度高、功耗低、体积小、可靠性高、达到规定的频率稳定度所需时间短等优点,目前被大量用于通信产品中,如通信电台、微波通信设备、程控电话交换机、无线电综合测试仪、移动电话发射台等等。

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