TCXO晶振的频率温度稳定度

2020-10-16

晶振的频率温度稳定度,通常是指晶振运行过程中输出频率随温度变化而变化的范围,它是一个相对于自身的变化值。大真空(KDS)是全球领先的晶振制造商之一,KDS主要生产温补晶振(TCXO)、恒温晶振(OCXO)、压控晶振(VCXO)、时钟晶振(SPXO)、晶体谐振器(Crystal Resonators)、晶体滤波器(Crystal Filters)等产品。选晶振,找kds代理



频率温度稳定度通常有两种计算方式,一种以常温精度为基准进行比较,通常日本厂家较多使用此种规则,具体计算方式为:假设在工作温度下最大输出频率为Fmax;最小输出频率为Fmin,常温25℃输出频率Fo,该晶振的输出频率温度稳定度为:Max{abs(Fmax - Fo),abs(Fo - Fmin)}/ Fo。一般0.5ppm及以下温度稳定度指标TCXO多采用此类算法。


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另一种计算方式为使用晶振输出的中心频率进行比较,欧美厂家多用此种计算方式,具体公式为 (Fmax – Fmin)/(Fmax +   Fmin)。一般0.28ppm及更高温度稳定度要求的晶振采用此种算法。


常见的时钟信号产生器件,如MCU内置的RC振荡器,-40~85度运行温度情况下,输出频率因为温度变化导致的变化范围一般在5~50%的数量级,而一般的XO/VCXO晶振,为10~50ppm范围,TCXO晶振为5~0.5ppm范围,OCXO晶振为20ppb~0.1ppb左右。


TCXO采用电压补偿算法等方式,通过对晶体温度变化导致频率变化进行反向补偿,从而达到较高指标的温度稳定度,及相对OCXO较低的成本优势,可以满足大部分对频率有较高稳定性要求的应用场景,如同步通讯、智能仪表,测试仪表,导航授时等。


恒温晶振与温补晶振都属于晶体振荡器,都是有源晶振,所以组成的震荡电路都需要电源加入才能工作。在电路设计中,如何正确的选择匹配电路的晶振对成品性能的影响至关重要。


  1.从定义上区别:

温补晶振即温度补偿晶体振荡器(TCXO),是通过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一种石英晶体振荡器。温补晶振术语来自石英晶体振荡器的一种补偿方式已达到产品应用方面的精度要求。温补晶振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。


  恒温晶体振荡器简称恒温晶振,英文简称为OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator),是利用恒温槽使晶体振荡器中石英晶体谐振器的温度保持恒定,将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。OCXO是由恒温槽控制电路和振荡器电路构成的。通常人们是利用热敏电阻“电桥“构成的差动串联放大器,来实现温度控制。


2.从工作原理上区别:


恒温晶振:由于晶体振荡器的震荡频率会随着温度的变化而变化,故为了保持频率的稳定性,将晶振控制在一个恒定的温度下工作以此来提高晶振的相频特性。

温补晶振:由于晶体振荡器的震荡频率会随着温度的变化而变化,为了抵消温度对晶振频的影响,控制晶振的谐振电容随温度变化而变化,抵消温度晶体影响提高频率稳定性。


3.从测量精度上区别:

一般的恒温晶振要比温补晶振频率稳定度高两个数量级以上。如温补晶振一般能达到-7量级,而恒温晶振可达到-9量级。因此恒温晶振一般用于高端测量仪器,如频率计、信号发生器、网络分析仪等。而温补晶振的开机特性较好。恒温晶振就算采用现在最好的加热元件,也需要一个加温过程。想达到-7量级,怎么也需要5分钟左右,而达-9以上量级甚至需要一天。因此开机即需要工作的设备就不太适合。一般的恒温晶振可以做的比温补晶振精度更高更好!


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