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VCXO振蕩器靈敏度及設(shè)計(jì)考慮

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2018-11-10 14:43:59【大中小】

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晶振元件使用在各種類(lèi)型的電子產(chǎn)品中,如使用在對(duì)產(chǎn)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(lèi)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(bǔ)償功能的溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO),帶電壓及溫度補(bǔ)償功能的壓控溫補(bǔ)晶體振蕩器(VCTCXO),以及行業(yè)中的最高要求高技術(shù)的差分晶振等一系列的有源晶振.下面主要介紹下關(guān)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?nèi)荻O管和相關(guān)電路.允許通過(guò)在該二極管兩端施加電壓來(lái)改變頻率.這可以在簡(jiǎn)單的時(shí)鐘或正弦波晶體振蕩器,TCXO(產(chǎn)生TC/VCXO溫度補(bǔ)償壓控晶體振蕩器)或烘箱控制型(產(chǎn)生OC/VCXO烘箱控制壓控晶體振蕩器)中實(shí)現(xiàn).

VCXOs有幾個(gè)獨(dú)特的特性.在生成VCXO規(guī)范時(shí).除了定義固定頻率有源晶振的特性之外.這些規(guī)范也適用.VCXOs特有的主要規(guī)格如下:

控制電壓-這是施加到VCXO輸入端的變化電壓.導(dǎo)致頻率變化.它有時(shí)被稱(chēng)為調(diào)制電壓.尤其是當(dāng)輸入是交流信號(hào)時(shí).

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(dǎo)致100ppm的偏差.或者0至+5伏控制電壓可能導(dǎo)致150ppm的總偏差.

傳遞函數(shù)(有時(shí)稱(chēng)為斜率極性)-這表示頻率變化對(duì)控制電壓的方向.正傳遞函數(shù)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(fù))的控制電壓而降低.如圖1b所示.傳遞函數(shù)為負(fù).

圖1A

VCXO振蕩器靈敏度及設(shè)計(jì)考慮

圖1B

線性-公認(rèn)的線性定義是MIL-PRF-55310中規(guī)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(guò)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(guī)格要求線性度為5%.實(shí)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?xún)?nèi).

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%.

VCXO振蕩器靈敏度及設(shè)計(jì)考慮

圖3

產(chǎn)生圖2所示特性的VCXO使用超突變結(jié)變?nèi)荻O管.偏置以適應(yīng)雙極()控制電壓.產(chǎn)生圖3中特性的VCXO使用具有施加單極控制電壓的突變結(jié)變?nèi)荻O管(在這種情況下為正).

良好的VCXO設(shè)計(jì)要求電壓-頻率曲線平滑(無(wú)間斷)和單音.所有VectronVCXOs都表現(xiàn)出這些特性.

調(diào)制率(有時(shí)稱(chēng)為偏差率或頻率響應(yīng))-這是控制電壓變化導(dǎo)致相應(yīng)頻率變化的速率.它是通過(guò)施加峰值等于指定控制電壓的正弦波信號(hào).解調(diào)VCXO的輸出信號(hào).并比較不同調(diào)制速率下解調(diào)信號(hào)的輸出電平來(lái)測(cè)量的.Vectron將調(diào)制速率定義為產(chǎn)生解調(diào)信號(hào)的最大調(diào)制頻率.該解調(diào)信號(hào)在100Hz調(diào)制信號(hào)的3db范圍內(nèi).雖然非貼片晶振控制的VCOs可以以非常高的速率調(diào)制(對(duì)于大于10MHz的輸出頻率大于1MHz).但是VCOs的調(diào)制速率受到晶體物理特性的限制.雖然VCXO的調(diào)制輸入網(wǎng)絡(luò)可以被擴(kuò)展以產(chǎn)生高于100kHz的3db響應(yīng).但是由于晶體的原因.解調(diào)的信號(hào)在大于20kHz的調(diào)制頻率下可能表現(xiàn)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(gè)令人困惑的領(lǐng)域.因?yàn)檫@些術(shù)語(yǔ)經(jīng)常被誤用.如果要定義總偏差除以總控制電壓擺動(dòng).斜率實(shí)際上應(yīng)該稱(chēng)為平均斜率.對(duì)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(chēng)為斜率線性.意味著頻率對(duì)控制電壓的增量變化.

因此.雖然在這個(gè)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(shí)上.對(duì)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(xiàn)出每伏50%的斜率變化.因此.一個(gè)標(biāo)有"斜率:2kHz/volt10%"的規(guī)范需要澄清.因?yàn)樗赡芤馕吨骄甭驶蛟隽快`敏度.如果高精度晶振意在定義平均斜率.它只是規(guī)定了18kHz到22kHz的總偏差.更恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)."總偏差:20kHz-10%."然而.如果預(yù)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(guān).規(guī)范中的這個(gè)元素應(yīng)該是"增量靈敏度:每伏特2千赫茲10%”

其他設(shè)計(jì)考慮

穩(wěn)定性-石英晶體是高Q器件.是晶體振蕩器的穩(wěn)定性決定元素.它固有地抵制被“拉”(偏離)到它的設(shè)計(jì)頻率.為了產(chǎn)生具有顯著偏差的VCXO.振蕩器電路必須“去Q”.這導(dǎo)致在石英晶振的頻率-溫度特性、老化特性和短期穩(wěn)定性(以及相關(guān)的相位噪聲)特性方面降低晶體的固有穩(wěn)定性.因此.不指定比絕對(duì)要求的偏差更大的偏差符合用戶(hù)的最佳利益.

鎖相-當(dāng)VCXO用于鎖相環(huán)應(yīng)用時(shí).偏差應(yīng)該總是至少與VCXO本身及其被鎖定的參考或信號(hào)的組合不穩(wěn)定性一樣大.vectron生產(chǎn)一系列VCXOs.專(zhuān)門(mén)用于鎖相環(huán)應(yīng)用中(在下面的頁(yè)面中描述).然而.如果系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)穩(wěn)定性要求比該產(chǎn)品線中的要求更嚴(yán)格.則可能需要TC/VCXO.對(duì)于最高穩(wěn)定性開(kāi)環(huán)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(xiàng).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?；虻谌阂艟w.其選擇通常取決于線性和穩(wěn)定性等規(guī)格.很少有更高的泛音.因此更高頻率的晶體在VCXOs中得到應(yīng)用.因此.輸出頻率高于或低于適當(dāng)晶體頻率的vcxo包括倍頻器或分頻器.

一般注意事項(xiàng)——雖然任何類(lèi)型的晶體振蕩器都是如此.但是對(duì)于VCXOs來(lái)說(shuō).用戶(hù)不要過(guò)度指定產(chǎn)品尤其重要.VCXO振蕩器的特殊問(wèn)題是.增加的偏差會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性下降.這可能導(dǎo)致需要更大的偏差.進(jìn)一步降低穩(wěn)定性.導(dǎo)致所需偏差的螺旋式增加.

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