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絕無僅有,超詳細的OCXO晶振知識解剖
了解石英晶振就像是了解一個人一樣,你需要知道這個人的生活習慣,喜好等等一系列和你想要了解的那個人相關東西,了解一種,一個系列,哪怕是一種類別的石英晶振產品,你必須要做的就是將其層層剝開,這樣才能夠完全了解它.本文的主要內容就是對OCXO晶振知識的剖解.
對于基于石英的頻率控制設備,OCXO(或烤箱控制的晶體振蕩器)位于食物鏈的頂部附近,只能由強大的docxo或DoubleOven取代!OCXO是一種溫度控制設備,可保持石英晶體的恒定工作溫度.這樣可以防止由于環境溫度的變化而導致指定頻率的變化.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,溫度可能會對振蕩器的頻率產生重大影響.
在大多數應用中,可以使用更簡單的TCXO或溫度補償晶體振蕩器來減少環境溫度變化的負面影響.但是在某些環境中,TCXO不能滿足應用程序的穩定性要求.在這些情況下,RF工程師可以采取進一步措施,并利用OCXO改進后的穩定性.
不管振蕩器所處的環境溫度如何,都可以通過保持接近恒定的晶體溫度來實現這種提高的穩定性.在OCXO內,除了振蕩器電路外,還有加熱器電路.可以采用許多不同的方式來配置該加熱器電路,但最常見的是比例控制的烤箱,該烤箱使用加熱元件加熱晶體,并使用熱敏電阻來檢測晶體的溫度.
這些元件是橋接網絡的一部分,該橋接網絡用作閉環反饋網絡,以將晶體溫度保持在恒定溫度.下圖顯示了普通OCXO烤箱控制電路的框圖.
預熱到185ºF,設置OCXO烤箱溫度.
將晶體保持在恒定溫度下可以最大程度地降低環境溫度變化的影響,從而大大提高有源晶振的頻率穩定性.但是,我們如何確定烤箱的正確設定點？為此,我們需要再次查看晶體頻率與溫度之間的關系.在下圖中,您可以看到曲線上有一個最佳點,在該點上,溫度的相等變化將導致頻率的最小變化.曲線上的這個點是如此重要,我們給它起了一個特殊的名字,它被稱為晶體的”轉折點”.
設計晶體的轉折點時,必須考慮一個常見的設計折衷.理想的設計目標是將晶體的轉折點設置在OCXO的最高工作溫度以上.這是因為烤箱可以將晶體”加熱”到設定溫度,但是如果周圍環境的溫度比該設定點高得多,晶體將最終加熱超過其設定點.將轉折點推高的不利之處在于頻率與溫度的關系曲線變得更加尖銳.這有效地縮小了烤箱的操作范圍,并使烤箱的精度至關重要.推高轉折點的另一個主要缺點是晶體老化性能降低.
AT與SC切割晶體.
振蕩器設計者必須提高OCXO晶振的性能的另一個選擇是改變振蕩器內部晶體的類型.入門級OCXO通常使用AT切割晶體構建.這些晶體具有良好的整體性能,適合于可能的應用.但是,由于需要將晶體的轉折點推得更高,因此AT切割用盡了蒸汽.那時,可以在OCXO內部使用SC切割晶體來提高轉折點,而不會犧牲頻率穩定性.下圖顯示了AT切割和SC切割的頻率與溫度的關系曲線.您會看到在烤箱的工作溫度范圍內頻率響應更加均勻,從而提高了振蕩器的穩定性.
除了改善頻率穩定性外,SC切割晶體還具有其他優勢.
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