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有源晶振25ppm不够?用它们简直事半功倍

文章出处:http://www.ruitairt.com责任编辑:瑞泰电子人气:-发表时间:2017-03-30 09:23【

   对有源晶振而言,电路电压和环境温度是直接影响晶振标称频率变化的两个因素。通常用PPM(百万分之一)来表示晶振受环境影响而产生变化的大小,PPM是一个相对变化量,也是对标称频率变化的一个评判单位,时钟源有两个重要指标,稳定度和准确度。准确度是指标称频率的偏差值,术语称之为精度误差,精度误差=(误差量/标称量)× ppm。稳定度是指随晶振外部因素变化而产生的变化量,术语叫频率偏差。频率偏差的计算方式频率偏差=标称值X误差值。

  例如,一只标称值10MHz、误差±20ppm、温度范围-20℃~+70℃的晶振,它的含义是在给定的温度范围内,这只晶振的频率误差范围是:±(10MHz × 20ppm)=±200Hz.也就是晶振的频率将在9.9998MHz至10.0002MHz之间。 

  有源晶振 普通OSC是有源晶振类的一种较为简单的晶振,这是基本的类型,其稳定性完全由石英晶体(晶体谐振器)本身的固有特性决定。任何振荡器中的关键部件都是石英晶体(晶体谐振器),它将控制频率并确定可以实现哪种水平的稳定性。较高频率范围的MHZ晶体都由石英棒制成,其制造工艺应满足:即使环境温度在-55℃至+125℃(-67°F至 +257°F)之间变化,也可提供相对稳定的频率。即使在这么宽的温度范围内,适当切割的石英晶体也可实现±25ppm的稳定性。与诸如随温度变化可达1%(10,000ppm)或更高的LC振荡电路等其它无源谐振器相比,晶体振荡器的性能有了根本提升。尽管采用LC或RC谐振器实现的简单振荡器可满足一些应用的要求,但对于某些应用来说,即使25ppm也不够好,因此必须采用额外措施。以下瑞泰推荐三种高端的有源晶振。

1,温度补偿晶振(TCXO)

   如果固有频率与石英晶体的温度稳定性不能满足应用要求,可以采用温度补偿晶振,简称温补振荡器,TCXO为其英文缩写。 TCXO的工作原理即为:使用温度感测器件以及产生电压曲线的电路,在整个温度范围内,该电压曲线与晶体的频率变化趋势完全相反,可理想的对温度进行补偿从而抵消因温度环境而产生的频率漂移。TCXO的精度误差控制在±0.5ppm至±5ppm,若判断普通有源晶振在恶劣环境下因温度而产生性能不稳定的情况,温补振荡器是佳选择!

2,恒温控制晶振(OCXO)

  对于某些应用,TCXO的频率-温度稳定性指标仍无法满足要求。在这些情况下,可能需要OCXO。顾名思义,具有烤腔的振荡器将晶体加热到更高温度,该被控温度使得即使环境温度可能变化很大,晶体的温度也保持稳定。由于晶体的温度和振荡器的敏感部分的变化很小,频率-环境温度稳定性得到显着改善。在环境温度范围内,OCXO的稳定性可以达到0.001ppm。然而,这种稳定性的提升是以增加功耗为代价的,将热量提供给烤腔当然需要能量。典型的OCXO可能需要1到5W的功率来维持内部温度。在开机后,还需要等待温度和频率稳定下来的暖机时间,取决于晶振类型,暖机时长通常从1分钟到10多分钟。

3,压控晶振(VCXO)

  在一些应用中,期望能够调谐或调整振荡器的频率,以便将其锁相到锁相环中的参考、或还可能是对波形进行调制。VCXO通过电子频率控制(EFC)电压输入提供此功能。对于某些专用器件,VCXO的调谐范围规范可能在±10ppm到±100ppm(甚至更高)。VC-TCXO(压控温补振荡器)和VC-OCXO(压控恒温晶振):TCXO或OCXO通常包括EFC输入电压。这就允许进行调整,以便将输出频率精确地校准为标称值。

  有源晶振

  为了使用晶振工作时的振荡频率尽可能稳定,一方面要提高电源电路的稳定性,另一方面应该设法使工作环境的温度保持恒定。工作环境的空气流通情况对晶振工作温度有很大的影响,需要对空气的流通情况进行一定的控制,相对封闭的环境条件下电路正常工作的温度的稳定性要好一些。使用外壳或树脂等将电路封闭起来有助于提高工作温度的稳定性。在对晶振工作频率稳定性有极高要求的场合,人们甚至将电路按放在恒温箱中。


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