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单片机中用到的压控晶振VCXO的作用

菜鸟
2018-11-28 22:01:27     打赏
1: VCXO 的确定
    首先,要弄清楚具体应用场合是需要 VCXO,还是一般的振荡器。当设计人员希 望通过外加控制电压来对振荡器的频率作小范围的调谐时, 就应选用 VCXO 器件。 我们把这种振荡器调谐称为牵引度(pullability) 。牵引度用 10-6 数量级表示。 VCXO 牵引度的典型值为±50×10-6~±200×10-6, 要得到这种范围的牵引度, VCXO 产品一般采用标准圆形石英晶体。为了满足牵引度范围大的要求,设计上 须用大尺寸晶体(直接 0.25 英寸~0.35 英寸) 。此外,如果要得到大范围的牵引 度,VCXO 产品的晶体应是基模晶体。


2: 频率稳定度要求
    VCXO 用石英晶体作频率控制元件,其振荡频率在工作温度内是稳定的。当我们 对 VCXO 进行调谐时,振荡频率会发生改变;但偏离标称频率的各个频率值在工 作温度范围内同样是稳定的。必须注意,对于一个给定的频率而言,频率稳定度 要求越高,要得到大范围的牵引度就越困难。采用硅解决方案,不能获得良好的 频率稳定度。 这是因为硅存在颤动噪声和相位噪声所致。 VCXO 采用了石英晶体, 频率异常稳定,是目前最好的频率控制器件。 技术参数:


3: 电压调谐与频率变化的关系
    VCXO 的频率偏移值同加在其调谐电路上的控制电压的大小有关。 VCXO 标称频率 对应的调谐电压规定为 VCC(电源电压)的一半。VCC 为 5V 的 VCXO,控制电压 为 2.5V 时就产生中心频率。控制电压为(0.5~4.5)V 的 VCXO,其频率变化曲 线的斜率为正。也就是说,当控制电压从 2.5V 上升为 4.5V 时,振荡器的频率将 增大;当控制电压从 2.5V 降为 0.5V 时,振荡器的频率将减小。振荡器的频率随 控制电压变化的特性,往往用调谐灵敏度这一物理量来描述。调谐灵敏度用单位 10-6/V 表示。 如果 VCXO 的牵引度为±100×10-6, 控制电压范围为 (0.5~4.5) V,则其调谐灵敏度等于 50×10-6/V。要求控制电压没有噪声或其它可能引起 振荡器频率和输出波形特性发生突变的瞬态过程,这一点很重要。为把噪声减至 最小,经常采取的措施是在电路板上把模拟信号与数字信号分别接地。


4: 相位噪声和调制
    一切振荡器都有一些振幅调制噪声和相位调制噪声。VCXO 的相位噪声要受振荡 器电路结构和石英晶体的影响。VCXO 电源的瞬态过程或波纹产生的调制还会使 它的相位噪声性能恶化。 相位噪声的均方根值是由相位噪声频谱在给定带宽内求 积分而推算出来的。相位噪声是根据频率相对于中心频率的偏移量来界定的,用 单位 dBc/Hz 表示。锁相环电路使用的大多数 VCXO 器件必须具有良好的相位噪 声特性。如果应用上对相应噪声有严格要求,选用 VCXO 时就一定要规定相位噪 声允许的范围。


5: 线性度
    VCXO振荡频率随控制电压变化的函数关系是非线性的。设计优良的 VCXO,其频 率与控制电 压的函数曲线接近直线,偏离直线的范围控制在 ±10%以内。一般来说,VCXO 的牵引度越大,它的线性度就越差。大多数 VCXO 的频率与控制电压的函数曲线都具有正斜率而且是单调的。因此,当控制电压增 加时,牵引度就变大。


6: 控制电压端口的输入阻抗和调制带宽
    当以 10kHz 速率进行调制时, VCXO 控制电压端口的输入阻抗通常在 50kΩ以上。 生产厂商受到空间窄小的约束,不能在 VCXO 输入端口采取充分的滤波措施来改 进它的调制带宽和噪声性能。VCXO 典型的调制带宽为直流至 20kHz。调制频率 超过 20kHz,VCXO 输出信号中可能会出现寄生响应。在某些场合,可以采取措 施使输入阻抗和调制带宽满足特殊需要。


7: 绝对牵引范围与标称振荡频率偏移的关系
    在工业上, 定义 VCXO 牵引度的方法有两种。 一种方法叫做绝对牵引范围 (APR) 。 这种方法定义的牵引度考虑了 VCXO 各相关因素产生的所有频率变化,因而给出 的是总的牵引范围。简言之,APR 定义的牵引度等于 VCXO 相对于标称振荡频率 的频移同稳定性、电压变化、负载变化和老化特性等因素引起的频率变化之和。 例如,一个 APR 为±100×10-6 的 VCXO,它所追踪的源信号在各种规定的工作 条件下具有的最大频率偏移将为±100×10-6。 定义 VCXO 牵引度的第二种方法仅仅考虑相对于标称振荡频率的频率偏移。这种 方法就没有考虑总体稳定性或老化特性的影响。


8: 频率与价格的关系
    VCXO 采用基模晶体来获得要求的牵引度值。对于 30MHz 以下频率,VCXO 运用 标准圆形晶体设计。频率超过 30MHz 后,标准基模晶体就很难**。随着频率 的增加,晶体变得越来越薄,**过程中的操作也更加困难。在 30MHz 以上的 频率基模工作就需采用反向台面晶体。 反向台面晶体**技术是一种较新的技术, 比传统的标准晶体加工技术复杂。因此,高频率产品的加工往往损耗也较大。一 般来说,采用反向台面晶体的高频 VCXO 产品比使用标准圆形晶体的低频 VCXO 产品价格贵。30MHz 以上的 VCXO 产品价格较高也就不难理解了。


9: 工作电压与工作电流
    VCXO 的电源电压及其允许的误差范围,常常同器件的额定电流或最大电流一起 同时加以规定。随着电源电压的降低(例如 3.3V) ,控制电压值也将减小。借助 这种较低的控制电压很难获得大范围的牵引度。如果 VCXO 是用小晶体封装在小 型表面组装外壳内制成的话,情况更是如此。


10: 输出要求 VCXO
    可提供适合 TTL、ECL、CMOS 等集成电路要求的多种输出。设计人员要弄 清楚设计的实际要求,只有这样,才能为特定的应用选择正确的输出类型。


11: 波形要求
    VCXO 还对对称性、逻辑电平、上升时间、下降时间等波形参数作了规定。现有 VCXO 产品可满足 TTL、ECL、CMOS 等集成电路的波形参数要求。对上升时间、 下降时间和对称性要求十分严格时,要特别注意负载的大小和基准电平的高低, 以免对厂商给出的参数值造成误解。 美国压控晶体振荡器性能 发展趋势:随着现代无线通信系统向高频、宽带、便携式方向发展,要求 VCXO 具有高频、高性能、频率范围宽、线性度好、频率稳定度优、频率牵引误差小、 噪声低和封装尺寸小等特性。 世界上各先进国家竞相开发与生产高水平的产品来 满足日益增长的市场需求。





关键词: 压控晶振     VCXO    

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