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百利晶振OCXO的解剖-烤箱控制的晶體振蕩器

來源:http://m.review-result.com 作者:億金電子 2022年02月25
OCXO
烤箱控制晶體振蕩器基礎(chǔ)知識
        當談到基于石英的頻率控制設(shè)備時,OCXO(或烤箱控制的晶體振蕩器)接近食物鏈的頂端,僅被強大的 DOCXO 或雙烤箱取代!
        OCXO 是一種溫度控制裝置,可保持石英晶體的恒定工作溫度。 這可以防止指定頻率因環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化。
        晶體爐的頻率輸出取決于石英晶體的溫度。 您可以在下圖中看到,溫度會對振蕩器的頻率產(chǎn)生重大影響。
        在大多數(shù)應(yīng)用中,可以使用更簡單的 TCXO 或溫度補償晶體振蕩器來減少環(huán)境溫度變化的負面影響。但是在某些環(huán)境中,進口TCXO晶振無法滿足應(yīng)用程序的穩(wěn)定性要求。在這些情況下,RF 工程師可以更進一步,利用 OCXO 提高的穩(wěn)定性。
        無論振蕩器所處的環(huán)境溫度如何,都可以通過保持接近恒定的晶體溫度來實現(xiàn)這種改進的穩(wěn)定性。在 OCXO 內(nèi)部,除了振蕩器電路之外,還有一個加熱器電路。該加熱器電路可以以多種不同方式進行配置,但最常見的是比例控制烤箱,它使用加熱元件加熱晶體和熱敏電阻來感應(yīng)晶體的溫度。
        這些元件是橋接網(wǎng)絡(luò)的一部分,橋接網(wǎng)絡(luò)充當閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò),將晶體的溫度保持在恒定溫度。下圖是一個常見的OCXO烤箱控制電路框圖。
        將晶體保持在恒定溫度可以最大限度地減少環(huán)境溫度變化的影響,從而顯著提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性。 但是我們?nèi)绾未_定烤箱的正確設(shè)定點呢? 為此,我們需要再次查看晶體頻率與溫度之間的關(guān)系。 在下圖中,您可以看到曲線上有一個最佳點,在該點上,相同的溫度變化將導(dǎo)致頻率的最小變化。 曲線上的這個點非常重要,我們給它起了一個特殊的名字,這被稱為晶體的“轉(zhuǎn)折點”。
        晶體的轉(zhuǎn)折點可以由晶體工程師“設(shè)計”,并由許多因素決定,包括從大塊石英材料切割晶體坯料的角度等簡單因素。話雖如此,每個晶體的行為都會略有不同,烤箱設(shè)定點是針對每個生產(chǎn)的設(shè)備進行微調(diào)的。
 
        在設(shè)計晶體的轉(zhuǎn)折點時,必須考慮一個常見的設(shè)計權(quán)衡。理想的設(shè)計目標是將晶體的轉(zhuǎn)折點設(shè)置在 OCXO 的最高工作溫度之上。這是因為烤箱可以將晶體“加熱”到設(shè)定溫度,但如果周圍環(huán)境比這個設(shè)定點熱得多,晶體最終會加熱到超過它的設(shè)定點。將轉(zhuǎn)折點推高的不利之處在于頻率與溫度的曲線變得更加尖銳。這有效地縮小了烤箱的操作窗口,并使烤箱的準確性變得至關(guān)重要。將轉(zhuǎn)折點推高的另一個主要缺點是晶體老化性能降低。
 
更好的成分,更好的比薩振蕩器
AT 與 SC 切割晶體
 
        振蕩器設(shè)計人員必須提高其 OCXO 性能的另一個選擇是改變振蕩器內(nèi)部晶體的類型。入門級 OCXO 通常使用 AT 切割晶體構(gòu)建。這些晶體具有良好的整體性能,適用于多種應(yīng)用;然而,由于需要將水晶的轉(zhuǎn)折點推高,AT 切割就失去了動力。此時,可以在OCXO晶振內(nèi)部使用 SC 切割晶體,以在不犧牲頻率穩(wěn)定性的情況下將轉(zhuǎn)折點推高。 AT cut和SC cut的頻率與溫度曲線如下圖所示。您可以看到頻率響應(yīng)在烤箱的工作溫度范圍內(nèi)更加均勻,從而提高了振蕩器的穩(wěn)定性。
除了提高頻率穩(wěn)定性外,SC 切割晶體還提供其他好處。這些好處包括:
        • 提高頻率穩(wěn)定性:從上圖中可以看出,SC 切割的響應(yīng)在更寬的溫度范圍內(nèi)比 AT 切割更平坦。這意味著在整個溫度范圍內(nèi)更嚴格的頻率穩(wěn)定性。
        • 更高的工作溫度:SC 切割晶體的轉(zhuǎn)折點高于 AT 切割晶體,使其成為烘箱應(yīng)用的理想選擇。這種較高轉(zhuǎn)折點的缺點是在較低溫度下急劇下降。由于這一特性,SC 切割晶體僅適用于恒溫振蕩器,在其他振蕩器配置(TCXO、VCXO 等)中無法正常工作。
        • 改進老化:SC 切割晶體(代表“應(yīng)力補償”)提供改進的老化性能,比 AT 切割晶體好 2 到 3 倍。
        • 預(yù)熱時間:SC 切割 OCXO 將比類似的 AT 切割 OCXO 更快地穩(wěn)定在其最終頻率。
        • 相位噪聲:SC 切割晶體提供比 AT 切割晶體更好的 Q(品質(zhì))因數(shù)。這樣,OCXO的接近或接近載波相位噪聲得到改善。
        •G 靈敏度:SC 切割晶體的應(yīng)力補償也降低了振蕩器的g 靈敏度。石英晶振是一種機電設(shè)備……如果你在晶體上施加電壓,它就會振蕩。不利的一面是,如果您在晶體上施加振動,則會感應(yīng)出電壓。該電壓表現(xiàn)為加速度或振動引起的相位噪聲。
 
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