市面上采用石英晶体材料做成的频率元器件,都存在具有一定的温漂问题,从晶振产品的属性来看,温漂是属于晶振的一个非常重要工作特性;晶振会产生温度漂移的情况,主要是发生在比正常使用温度要求较高或在室外环境温度偏低的情况下,产生温度漂移的影响因素有如天气温度变化、焊接过程中产生的失误等情况。晶振在使用过程中不断出现温度漂移会导致产品出现频率不稳定,部分可能出现停振的情况,以上都属于使用过程中较为常见的情况,温补晶振是一款为了解决晶振温度漂移问题所设计的一款频率高度稳定的压电元器件,充分的弥补了石英晶体温漂的情况。
温补晶振TCXO即温度进行补偿晶体振荡器,其工作原理是将压电石英晶体之间具有的物理化学变化特性如在压电效应下频率随着温度成三次曲线发生变化,并通过周围控制逆向电路技术改变温度,可以使得石英晶体原有工作频率随着温度的变化,尽可能的变小的一种温度补偿模式,一般模拟温度补偿晶体振荡器采用热补偿网络模式,在产生补偿后晶振频率稳定度一般会在10-7~10-6范围,温补晶振分为以下几种不同的类型:电压控制振荡器(VCXO)、温度补偿式晶体振荡器(TCXO)、恒温式振荡器(OCXO),数字补偿式晶体振荡器(MCXO或DTCXO)。
温补晶振通过对工作温度的测量,自动控制或调整外部的匹配电容矩阵或者改变电路接入的电容值,让晶振频率变得更稳定和准确。用温度进行补偿的方法能够大幅度的减少使用频率失真的情况,振荡器内置的电阻会在工作时候过程中产生温度升高的情况,或者晶体管及集成电路都有内阻,也有可能产生温度升高的情况,外围温度的升高直接影响半导体的工作状态,使半导体的工作温度产生飘移从而增加导致振荡频率的变化因素,这些问题对使用者来说影响巨大,如无线电通讯、单片机或者电脑等要求频率高度稳定的产品,就无法使用该类型的晶振,因此开发商生产出具有温度补偿性能的有源振荡器,使得具有一定温度补偿的晶体振荡器频率曲线变化非常低,鸿星代理商满度科技为客户提供可以长期高稳定高品质的温补晶振。
温度补偿晶体振荡器是利用附加的温度补偿电路,从而降低因环境温度变化而引起的振荡频率变化曲线。温补晶振TCXO主要分为直接补偿和间接补偿两种晶振类型:
直接补偿TCXO 是由热敏电阻和电阻电容构成的温度补偿电路,与振荡器中的石英晶体振荡器串联。在温度变化时,热敏电阻的阻值和晶体串联电容值产生对应变化,进而可以抵消或削减振荡频率变化。方法简单,成本低廉、电路板尺寸小、适用于小电压、低电流应用场合。对于晶体振荡器精度要求小于±1pmm的,直接补偿方式就不适用了。
间接补偿温补晶振又分模拟式和数字式两种。模拟温补晶振是利用热敏电阻元器件组成部分温度-电压变换电路,并将该电压作用到一支与晶体振子串联的变容二极管上,通过对晶体振子串联电容量的变化的研究,对晶体振子的非线性频率温度漂移进行补偿。该补偿方式能够实现±0.5PPM的高精度,但如果是3V以下的低电压工作环境,就会受到一定限制。
数字式间接补偿温补晶振是在模拟补偿电路中温度-电压转换电路之后加入 A/D 转换器,通过模拟到数字的转换。自动控制温度进行补偿,使晶体振荡器频率相对稳定度非常高,由于该补偿电路比较复杂,成本高,只适用于生产基地站和广播电台等要求高精度化的情况。
温度补偿晶体振荡器(TCXO)其拥有宽范围的工作温度,高稳定的频率特性,低功耗,小体积,高可靠性高、实现指定频率稳定性所需的时间短,广泛应用于通信设备、微波通信设备、5G基站、光模块、,移动电话传输站等等。
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