当需要比xtal振荡器更高的精度和稳定性时,使用温度补偿晶体振荡器TCXO.如名称所示,温度补偿晶体振荡器提供了抵消由晶体振荡器中的温度变化引起的频率变化的手段.该模块被称为温度补偿晶体振荡器或TCXO,能够提供比标准晶体振荡器更高的性能.通过测量温度并对VCXO施加校正电压,可以在保持低成本的同时显着提高性能.通常,许多分销商都可以提供各种频率,电源电压和封装的温补晶振,使开发人员能够将这些项目设计成许多电子设备.
晶体振荡器的温度性能
晶体振荡器能够提供比LC谐振器电路提供的更好的性能水平.然而,晶体振荡器仍受温度影响.即使AT切割的晶体也会受到温度的影响,尽管它们的操作已经过优化,可在0到70°C的温度范围内使用.

石英晶体谐振器温度频率曲线(AT切割晶体)
温度的影响在很大程度上是可重复和可定义的.因此,可以使用温度补偿晶体振荡器TCXO来补偿许多效应.典型或预期性能水平的典型比较如下表所示:

注意:这些性能数据非常通用,只能用于粗略的指导.确切数字取决于所使用的项目,这些数据应从制造商数据表中获得.
TCXO解决方案
TCXO调节振荡器的频率以补偿由于温度变化而发生的变化.为实现这一目标,TCXO中的主要元件是压控振荡器(VCXO).它连接到一个检测温度的电路,并向振荡器施加一个小的校正电压,如下所示.

有许多不同的元素构成整体温控振荡器:
补偿网络:补偿网络是整个系统运行的关键.上面可以看到有源晶振的温度频率响应的近似曲线.实际曲线可以近似以3阶多项式表达式的形式表示,尽管更精确的表示考虑了一些非线性并且计算得接近5阶多项式.补偿网络需要检测温度并产生与此相反的电压.
早期的设计将使用模拟电路,并且通常直接使用电容器,电阻器和热敏电阻网络来直接控制振荡频率.这种类型的电路包括补偿网络图和晶体频率牵引块的两个块.

TCXO晶振中使用的补偿电压
目前,技术通常采用间接方法,其中在补偿网络中感测温度,并且产生电压,该电压提供与温度曲线相反的频率变化.这可以使用模拟组件来实现,但是当前技术通常结合某种形式的数字信号处理以能够产生更准确的响应,并且可以通过利用特定振荡器的响应对ROM进行编程来单独线性化单元.DSP电路通常包含在一个特殊的ASIC中,使其能够根据应用进行定制,而不会消耗太多电流.
振荡器拉电路:一旦产生电压,就会将其应用于可以拉动石英晶体振荡器频率的电路.通常,这包括变容二极管和一些低通滤波.
晶体振荡器:振荡器电路通常是标准电路,但设计用于为晶体提供理想驱动电平等操作条件.
电压调节器:为了防止外部电压变化引入不必要的频率偏移,整个TCXO应该包含一个电压调节器,它本身不应引入不必要的温度影响.
缓冲放大器:需要一个缓冲放大器来增加驱动输出.它应该为晶体振荡器提供隔离,使其免受可能出现的任何外部负载变化的影响.
此外,温补晶振通常具有外部调整功能,可以定期重置频率.这使得能够消除晶体老化的影响.校准调整之间的时间段取决于所需的准确度,但通常可以是六个月或一年.如果需要非常高的准确度,可以使用较短的时间段.

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