壓控晶振�VCXO)是通過(guò)紅外加控制電壓使振蕩效率可變或是可以�(diào)制的石英晶體振蕩�,其振蕩頻率�晶體決定,可用控制電壓在小范圍內(nèi)�(jìn)行頻率調(diào)�。VCXO 大多用于鎖相技�(shù)、頻率負(fù)反饋�(diào)制的目的� 控制電壓范圍一般為0V�2V�0V�3V。VCXO的調(diào)諧范圍為±100ppm至�200ppm�
壓控晶振主要由石英諧振器、變?nèi)荻O管和振蕩電路組成,其工作� 理是通過(guò)控制電壓�(lái)改變�?nèi)荻O管的電容,從而“牽引”石英諧振器的頻�� 以達(dá)到頻率調(diào)制的目的�
VCXO 大多用于鎖相技�(shù)、頻率負(fù)反饋系統(tǒng)及頻率調(diào)�,已是通信�(jī)、移 �(dòng)電話、尋呼機(jī)、全球定位系�(tǒng)(GPS)等眾多電子�(yīng)用系�(tǒng)必不可少的關(guān)鍵部 ��
VCXO 技�(shù)�(guī)范中列有多項(xiàng)性能參數(shù)。這些參數(shù)往往是相互關(guān)�(lián)�。我� 不能一味追求某些參�(shù)的高指標(biāo)而忽視由此引起的其它參數(shù)的劣�� 例如� VCXO 允許的頻率控制范圍就是有限制�� 一般來(lái)�(shuō)� 如果要求 VCXO 有較大的牽引�� 則它在工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度就較�。反之,如果�(duì)頻率�(wěn)定度要求�� 就很難得到較大的牽引度(>±200×10�6� 。因�,正確了� VCXO 的技�(shù)�(guī)� 和使用要求,�(duì)于在�(shè)�(jì)上用好這種器件是很�(guān)鍵的。下面我們將介紹 VCXO � 參數(shù)的特�(diǎn)和選用時(shí)�(yīng)注意的問(wèn)題�
1 VCXO 的確�
首先,要弄清楚具體應(yīng)用場(chǎng)合是需� VCXO,還是一般的振蕩�。當(dāng)�(shè)�(jì)人員� 望通過(guò)外加控制電壓�(lái)�(duì)振蕩器的頻率作小范圍的調(diào)諧時(shí)� 就應(yīng)選用 VCXO 器件� 我們把這種振蕩器調(diào)諧稱為牽引度(pullability� 。牽引度� 10�6 �(shù)量級(jí)表示� VCXO 牽引度的典型值為±50×10�6~�200×10�6� 要得到這種范圍的牽引度� VCXO �(chǎn)品一般采用標(biāo)�(zhǔn)圓形石英晶體。為了滿足牽引度范圍大的要求,設(shè)�(jì)� 須用大尺寸晶體(直接 0.25 英寸�0.35 英寸� 。此�,如果要得到大范圍的牽引 �,VCXO �(chǎn)品的晶體�(yīng)是基模晶��
2 頻率�(wěn)定度要求
VCXO 用石英晶體作頻率控制元件,其振蕩頻率在工作溫度內(nèi)是穩(wěn)定的。當(dāng)我� �(duì) VCXO �(jìn)行調(diào)諧時(shí),振蕩頻率會(huì)�(fā)生改變;但偏離標(biāo)稱頻率的各�(gè)頻率值在� 作溫度范圍內(nèi)同樣是穩(wěn)定的。必須注�,對(duì)于一�(gè)給定的頻率而言,頻率穩(wěn)定度 要求越高,要得到大范圍的牽引度就越困難。采用硅解決方案,不能獲得良好的 頻率�(wěn)定度� 這是�?yàn)楣璐嬖陬�?dòng)噪聲和相位噪聲所�� VCXO 采用了石英晶體, 頻率異常�(wěn)�,是目前的頻率控制器�� 技�(shù)參數(shù)�
3 電壓�(diào)諧與頻率變化的關(guān)�
VCXO 的頻率偏移值同加在其調(diào)諧電路上的控制電壓的大小有關(guān)� VCXO �(biāo)稱頻� �(duì)�(yīng)的調(diào)諧電壓規(guī)定為 VCC(電源電壓)的一�。VCC � 5V � VCXO,控制電� � 2.5V �(shí)就產(chǎn)生中心頻�??刂齐妷簽椋?.5�4.5)V � VCXO,其頻率變化� 線的斜率為正。也就是�(shuō),當(dāng)控制電壓� 2.5V 上升� 4.5V �(shí),振蕩器的頻率將 增大;當(dāng)控制電壓� 2.5V 降為 0.5V �(shí),振蕩器的頻率將減小。振蕩器的頻率隨 控制電壓變化的特�,往往用調(diào)諧靈敏度這一物理量來(lái)描述。調(diào)諧靈敏度用單� 10�6/V 表示� 如果 VCXO 的牽引度為�100×10�6� 控制電壓范圍� �0.5�4.5� V,則其調(diào)諧靈敏度等于 50×10�6/V。要求控制電壓沒(méi)有噪聲或其它可能引起 振蕩器頻率和輸出波形特性發(fā)生突變的瞬態(tài)�(guò)程,這一�(diǎn)很重�。為把噪聲減� 最�,經(jīng)常采取的措施是在電路板上把模擬信�(hào)與數(shù)字信�(hào)分別接地�
4 相位噪聲和調(diào)�
一切振蕩器都有一些振幅調(diào)制噪聲和相位�(diào)制噪�。VCXO 的相位噪聲要受振� 器電路結(jié)�(gòu)和石英晶體的影響。VCXO 電源的瞬�(tài)�(guò)程或波紋�(chǎn)生的�(diào)制還�(huì)� 它的相位噪聲性能惡化� 相位噪聲的均方根值是由相位噪聲頻譜在給定帶寬�(nèi)� 積分而推算出�(lái)�。相位噪聲是根據(jù)頻率相對(duì)于中心頻率的偏移量來(lái)界定�,用 單位 dBc/Hz 表示。鎖相環(huán)電路使用的大多數(shù) VCXO 器件必須具有良好的相位噪 聲特性。如果應(yīng)用上�(duì)相應(yīng)噪聲有嚴(yán)格要�,選� VCXO �(shí)就一定要�(guī)定相位噪 聲允許的范圍�
5 線性度
VCXO 振蕩頻率隨控制電壓變化的函數(shù)�(guān)系是非線性的。設(shè)�(jì)�(yōu)良的 VCXO,其� 率與控制� 壓的函數(shù)曲線接近直線,偏離直線的范圍控制� ±10%以�(nèi)。一般來(lái)�(shuō),VCXO 的牽引度越大,它的線性度就越差。大多數(shù) VCXO 的頻率與控制電壓的函�(shù)曲線都具有正斜率而且是單�(diào)的。因�,當(dāng)控制電壓� 加時(shí),牽引度就變��
6 控制電壓端口的輸入阻抗和�(diào)制帶�
�(dāng)� 10kHz 速率�(jìn)行調(diào)制時(shí)� VCXO 控制電壓端口的輸入阻抗通常� 50kΩ以上� 生產(chǎn)廠商受到空間窄小的約�,不能在 VCXO 輸入端口采取充分的濾波措施來(lái)� �(jìn)它的�(diào)制帶寬和噪聲性能。VCXO 典型的調(diào)制帶寬為直流� 20kHz。調(diào)制頻� 超過(guò) 20kHz,VCXO 輸出信號(hào)中可能會(huì)出現(xiàn)寄生響應(yīng)。在某些�(chǎng)�,可以采取措 施使輸入阻抗和調(diào)制帶寬滿足特殊需要�
7 牽引范圍與標(biāo)稱振蕩頻率偏移的�(guān)�
在工�(yè)�� 定義 VCXO 牽引度的方法有兩種� 一種方法叫做牽引范� (APR� � 這種方法定義的牽引度考慮� VCXO 各相�(guān)因素�(chǎn)生的所有頻率變�,因而給� 的是總的牽引范圍。簡(jiǎn)言�,APR 定義的牽引度等于 VCXO 相對(duì)于標(biāo)稱振蕩頻� 的頻移同�(wěn)定性、電壓變�、負(fù)載變化和老化特性等因素引起的頻率變化之和� 例如,一�(gè) APR 為�100×10�6 � VCXO,它所追蹤的源信號(hào)在各種規(guī)定的工作 條件下具有的頻率偏移將為±100×10�6� 定義 VCXO 牽引度的第二種方法僅僅考慮相對(duì)于標(biāo)稱振蕩頻率的頻率偏移。這種 方法就沒(méi)有考慮總體�(wěn)定性或老化特性的影響�
8 頻率與價(jià)格的�(guān)�
VCXO 采用基模晶體�(lái)獲得要求的牽引度值。對(duì)� 30MHz 以下頻率,VCXO �(yùn)� �(biāo)�(zhǔn)圓形晶體�(shè)�(jì)。頻率超�(guò) 30MHz 后,�(biāo)�(zhǔn)基模晶體就很難制�。隨著頻� 的增加,晶體變得越來(lái)越薄,制造過(guò)程中的操作也更加困難。在 30MHz 以上� 頻率基模工作就需采用反向�(tái)面晶�� 反向�(tái)面晶體制造技�(shù)是一種較新的技�(shù)� 比傳�(tǒng)的標(biāo)�(zhǔn)晶體加工技�(shù)�(fù)�。因�,高頻率�(chǎn)品的加工往往損耗也較大。一 般來(lái)�(shuō),采用反向臺(tái)面晶體的高頻 VCXO �(chǎn)品比使用�(biāo)�(zhǔn)圓形晶體的低� VCXO �(chǎn)品價(jià)格貴�30MHz 以上� VCXO �(chǎn)品價(jià)格較高也就不難理解了�
9 工作電壓與工作電�
VCXO 的電源電壓及其允許的誤差范圍,常常同器件的額定電流或電流一� 同時(shí)加以�(guī)�。隨著電源電壓的降低(例� 3.3V� ,控制電壓值也將減�。借助 這種較低的控制電壓很難獲得大范圍的牽引度。如� VCXO 是用小晶體封裝在� 型表面組裝外殼內(nèi)制成的話,情況更是如此�
10 輸出要求 VCXO
可提供適� TTL、ECL、CMOS 等集成電路要求的多種輸出。設(shè)�(jì)人員要弄 清楚�(shè)�(jì)的實(shí)際要�,只有這樣,才能為特定的應(yīng)用選擇正確的輸出類型�
11 波形要求
VCXO 還對(duì)�(duì)稱�、邏輯電�、上升時(shí)�、下降時(shí)間等波形參數(shù)作了�(guī)�?,F(xiàn)� VCXO �(chǎn)品可滿足 TTL、ECL、CMOS 等集成電路的波形參數(shù)要求。對(duì)上升�(shí)間� 下降�(shí)間和�(duì)稱性要求十分嚴(yán)格時(shí),要特別注意�(fù)載的大小和基�(zhǔn)電平的高低, 以免�(duì)廠商給出的參�(shù)值造成誤解� 美國(guó)壓控晶體振蕩器性能 �(fā)展趨�(shì):隨著現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)向高頻、寬�、便攜式方向�(fā)展,要求 VCXO 具有高頻、高性能、頻率范圍寬、線性度好、頻率穩(wěn)定度�(yōu)、頻率牽引誤差小� 噪聲低和封裝尺寸小等特�� 世界上各先�(jìn)�(guó)家競(jìng)相開(kāi)�(fā)與生�(chǎn)高水平的�(chǎn)品來(lái) 滿足日益增長(zhǎng)的市�(chǎng)需��