通信專(zhuān)用振蕩器分類(lèi)與基本操作
來(lái)源：http://www.hhamai.cn 作者：金洛鑫電子 2019年03月20
不管是工作還是生活都需要與他人聯(lián)系和溝通，而做為最重要的溝通工具—通信設(shè)備，這十幾年來(lái)一直都是各國(guó)工程師和技術(shù)人才研究的對(duì)象。智能手機(jī)，5G通信系統(tǒng)，電話機(jī)，船舶飛機(jī)呼救機(jī)，對(duì)講機(jī)等都是常用到的通信用品，但都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是需要用到一顆高端高性能的石英晶體振蕩器。而且可用的類(lèi)型有很多種，例如SPXO振蕩器，TCXO晶振，OCXO晶振，VCXO晶振，VC-TCXO晶振，LVDS晶振，LV-PECL晶振和MEMS可編程振蕩器等，不同的產(chǎn)品要求使用的振蕩器不一定一樣。
振蕩器是許多依賴(lài)于精確時(shí)間測(cè)量和協(xié)調(diào)的電子和通信系統(tǒng)的核心。它們用于穩(wěn)定時(shí)頻發(fā)生器，后者又為電子通信和導(dǎo)航系統(tǒng)提供載波和導(dǎo)頻信號(hào)。振蕩器還提供數(shù)據(jù)處理設(shè)備使用的時(shí)鐘信號(hào)，以及其他專(zhuān)用系統(tǒng)的參考信號(hào)。Oscillator輸出頻率所需的精度和穩(wěn)定性取決于應(yīng)用，在簡(jiǎn)單微處理器時(shí)鐘的情況下，從大約1000PPM到需要非常精確頻率控制的應(yīng)用的小于5PPM。在本文中，我們將探討通信應(yīng)用中使用的基本振蕩器操作和振蕩器類(lèi)型。
基本振蕩器操作：
從根本上說(shuō)，振蕩器由兩部分組成：放大器部分和包含相位校正網(wǎng)絡(luò)的反饋部分。
圖1.0-基本振蕩器配置
要使振蕩器啟動(dòng)和運(yùn)行，必須滿足兩個(gè)條件：（1），電路周?chē)脑鲆姹仨毚笥?;（2），離開(kāi)相位校正網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)必須與施加到放大器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)同相。當(dāng)SPXO晶振電路首次通電時(shí)，電路中唯一的“信號(hào)”是電噪聲。在滿足振蕩相位要求的頻率下，該噪聲的分量以增加的幅度傳播通過(guò)放大器和反饋部分。重復(fù)該過(guò)程，直到相位校正信號(hào)的增益足以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)振蕩。確切的振蕩頻率取決于相位條件，即相位必須等于2npi.gif-872字節(jié)，其中n=0,1,2,3。
由于信號(hào)相位的變化，振蕩器的頻率從一個(gè)時(shí)刻變化到下一個(gè)時(shí)刻。這種變化可能發(fā)生在振蕩器的任何或所有部分中，并且必須被校正以維持特定頻率。理論上，可以在振蕩器電路內(nèi)的所有各種系統(tǒng)中結(jié)合一些相位校正裝置。然而，這種方法成本高并且會(huì)增加石英振蕩器封裝的尺寸。更常見(jiàn)的方法是僅依賴(lài)于相位校正網(wǎng)絡(luò)。雖然有幾種方法可以校正相位，但石英晶體已被證明是優(yōu)越的。隨著相位的變化，石英晶體的電抗發(fā)生顯著變化，振蕩器電路中的所有其他元件可被認(rèn)為是恒定且不變的。
振蕩器的類(lèi)型：
振蕩器類(lèi)型和設(shè)計(jì)的可能性幾乎是無(wú)限的;事實(shí)上，晶體控制振蕩器有多種類(lèi)型和尺寸可供選擇，采用許多不同的電路設(shè)計(jì)。但是，就本文而言，晶體控制振蕩器可分為四大類(lèi)：
簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器（SPXO）通常用作微處理器的時(shí)鐘設(shè)備。這些在汽車(chē)應(yīng)用中也很常見(jiàn)，它們用于為新車(chē)輛中使用的各種計(jì)算機(jī)控制功能提供時(shí)鐘信號(hào)。SPXO能夠提供10-5到10-4的頻率精度。它們通常以1MHz至100MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻率提供，頻率穩(wěn)定性為100PPM。SPXO沒(méi)有采用任何方法來(lái)最小化溫度對(duì)器件輸出頻率的影響。然而，它們的低成本使其成為包括大多數(shù)計(jì)算機(jī)在內(nèi)的應(yīng)用的理想選擇，其中溫度變化最小或者不需要更高的精度和穩(wěn)定性。
SPXO具有廣泛的輸出功能。它們有引腳和SMD兩種配置;它們的尺寸范圍從21mmx14mmx6mm到5mmx3.2mmx1.5mm。壓控晶體振蕩器（VCXO）通常用于PLL（鎖相環(huán)）應(yīng)用。它們提供了一種在窄范圍內(nèi)控制輸出頻率的方法，通常通過(guò)使用變?nèi)荻O管作為調(diào)諧電容器。VCXO晶振采用尺寸為14mmx10mmx3mm的封裝，采用通孔和SMD配置。VCXO提供的頻率精度為10-6到10-5。頻率范圍通常為1MHz至30MHz。這些是緊公差振蕩器，其頻率穩(wěn)定性為PP50PPM，頻率可拉性為100PPM。VCXO可用于HCMOS和TTL輸出，其相位噪聲通常為-125至-130dBc/Hz。
溫度控制晶體振蕩器（TCXO）用于便攜式電話，蜂窩電話，通信設(shè)備，蜂窩無(wú)線電以及航空航天和雙向無(wú)線電通信。由于它們具有低電壓（3.0VDC格式），因此TCXO非常適用于手持式電池供電的通信設(shè)備。這些振蕩器可以根據(jù)溫度的影響校正輸出頻率。溫度補(bǔ)償通常由調(diào)節(jié)可變電容器的溫度感測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)，結(jié)果是在振蕩器的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的任何溫度下，輸出頻率保持幾乎恒定。TCXO可提供電壓控制和溫度補(bǔ)償;兩者都包含在內(nèi)，稱(chēng)為VCTCXO（壓控溫度補(bǔ)償振蕩器）。
TCXO的頻率精度大約為10-7到10-6;可用頻率范圍為1MHz至60MHz。溫補(bǔ)晶振通常具有較高的頻率穩(wěn)定性，從PP1PPM到2.5PPM。它們有通孔或SMD配置;封裝尺寸范圍從30mmx30mmx15mm到11.4mmx9.6mmx3.9mm。
烤箱控制晶體振蕩器（OCXO）通常用于導(dǎo)航系統(tǒng)中作為定時(shí)控制設(shè)備，也用作精確頻率標(biāo)準(zhǔn)。這些器件包括一個(gè)將晶體保持在恒定溫度的烤箱，或一個(gè)容納晶體和振蕩器電路的溫度調(diào)節(jié)室。通過(guò)將頻率控制元件保持在穩(wěn)定溫度，消除了環(huán)境溫度變化的影響。當(dāng)用于精密無(wú)線電應(yīng)用中的頻率控制時(shí)，OCXO非常出色;然而，它們很昂貴，消耗大量電力，而且可能非常大。
OCXO晶振能夠產(chǎn)生大約10-10到10-8的頻率精度，對(duì)于某些特殊應(yīng)用，甚至更緊湊。它們還提供所有振蕩器類(lèi)型的最嚴(yán)格的頻率穩(wěn)定性。但是，OCXO是特殊項(xiàng)目，大多數(shù)頻率控制產(chǎn)品供應(yīng)商一般都不提供。
雖然振蕩器的類(lèi)型有很多種，不過(guò)一般沒(méi)有特殊的要求的話，大致上是只有TCXO，VCXO，OCXO和SPXO這四種，而且這些種類(lèi)的振蕩器基本設(shè)計(jì)和操作都可以根據(jù)要求修改和匹配。26M溫補(bǔ)晶振是對(duì)講機(jī)和其他通信設(shè)備最常用的一種，一般來(lái)說(shuō)成本不會(huì)很高，不同品牌價(jià)格也不相同，詳細(xì)的資料或要詢(xún)價(jià)問(wèn)貨，歡迎聯(lián)系金洛鑫電子：0755-27837162！
振蕩器是許多依賴(lài)于精確時(shí)間測(cè)量和協(xié)調(diào)的電子和通信系統(tǒng)的核心。它們用于穩(wěn)定時(shí)頻發(fā)生器，后者又為電子通信和導(dǎo)航系統(tǒng)提供載波和導(dǎo)頻信號(hào)。振蕩器還提供數(shù)據(jù)處理設(shè)備使用的時(shí)鐘信號(hào)，以及其他專(zhuān)用系統(tǒng)的參考信號(hào)。Oscillator輸出頻率所需的精度和穩(wěn)定性取決于應(yīng)用，在簡(jiǎn)單微處理器時(shí)鐘的情況下，從大約1000PPM到需要非常精確頻率控制的應(yīng)用的小于5PPM。在本文中，我們將探討通信應(yīng)用中使用的基本振蕩器操作和振蕩器類(lèi)型。
基本振蕩器操作：
從根本上說(shuō)，振蕩器由兩部分組成：放大器部分和包含相位校正網(wǎng)絡(luò)的反饋部分。
圖1.0-基本振蕩器配置
由于信號(hào)相位的變化，振蕩器的頻率從一個(gè)時(shí)刻變化到下一個(gè)時(shí)刻。這種變化可能發(fā)生在振蕩器的任何或所有部分中，并且必須被校正以維持特定頻率。理論上，可以在振蕩器電路內(nèi)的所有各種系統(tǒng)中結(jié)合一些相位校正裝置。然而，這種方法成本高并且會(huì)增加石英振蕩器封裝的尺寸。更常見(jiàn)的方法是僅依賴(lài)于相位校正網(wǎng)絡(luò)。雖然有幾種方法可以校正相位，但石英晶體已被證明是優(yōu)越的。隨著相位的變化，石英晶體的電抗發(fā)生顯著變化，振蕩器電路中的所有其他元件可被認(rèn)為是恒定且不變的。
振蕩器的類(lèi)型：
振蕩器類(lèi)型和設(shè)計(jì)的可能性幾乎是無(wú)限的;事實(shí)上，晶體控制振蕩器有多種類(lèi)型和尺寸可供選擇，采用許多不同的電路設(shè)計(jì)。但是，就本文而言，晶體控制振蕩器可分為四大類(lèi)：
簡(jiǎn)單封裝晶體振蕩器（SPXO）通常用作微處理器的時(shí)鐘設(shè)備。這些在汽車(chē)應(yīng)用中也很常見(jiàn)，它們用于為新車(chē)輛中使用的各種計(jì)算機(jī)控制功能提供時(shí)鐘信號(hào)。SPXO能夠提供10-5到10-4的頻率精度。它們通常以1MHz至100MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻率提供，頻率穩(wěn)定性為100PPM。SPXO沒(méi)有采用任何方法來(lái)最小化溫度對(duì)器件輸出頻率的影響。然而，它們的低成本使其成為包括大多數(shù)計(jì)算機(jī)在內(nèi)的應(yīng)用的理想選擇，其中溫度變化最小或者不需要更高的精度和穩(wěn)定性。
SPXO具有廣泛的輸出功能。它們有引腳和SMD兩種配置;它們的尺寸范圍從21mmx14mmx6mm到5mmx3.2mmx1.5mm。壓控晶體振蕩器（VCXO）通常用于PLL（鎖相環(huán)）應(yīng)用。它們提供了一種在窄范圍內(nèi)控制輸出頻率的方法，通常通過(guò)使用變?nèi)荻O管作為調(diào)諧電容器。VCXO晶振采用尺寸為14mmx10mmx3mm的封裝，采用通孔和SMD配置。VCXO提供的頻率精度為10-6到10-5。頻率范圍通常為1MHz至30MHz。這些是緊公差振蕩器，其頻率穩(wěn)定性為PP50PPM，頻率可拉性為100PPM。VCXO可用于HCMOS和TTL輸出，其相位噪聲通常為-125至-130dBc/Hz。
溫度控制晶體振蕩器（TCXO）用于便攜式電話，蜂窩電話，通信設(shè)備，蜂窩無(wú)線電以及航空航天和雙向無(wú)線電通信。由于它們具有低電壓（3.0VDC格式），因此TCXO非常適用于手持式電池供電的通信設(shè)備。這些振蕩器可以根據(jù)溫度的影響校正輸出頻率。溫度補(bǔ)償通常由調(diào)節(jié)可變電容器的溫度感測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)，結(jié)果是在振蕩器的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的任何溫度下，輸出頻率保持幾乎恒定。TCXO可提供電壓控制和溫度補(bǔ)償;兩者都包含在內(nèi)，稱(chēng)為VCTCXO（壓控溫度補(bǔ)償振蕩器）。
TCXO的頻率精度大約為10-7到10-6;可用頻率范圍為1MHz至60MHz。溫補(bǔ)晶振通常具有較高的頻率穩(wěn)定性，從PP1PPM到2.5PPM。它們有通孔或SMD配置;封裝尺寸范圍從30mmx30mmx15mm到11.4mmx9.6mmx3.9mm。
烤箱控制晶體振蕩器（OCXO）通常用于導(dǎo)航系統(tǒng)中作為定時(shí)控制設(shè)備，也用作精確頻率標(biāo)準(zhǔn)。這些器件包括一個(gè)將晶體保持在恒定溫度的烤箱，或一個(gè)容納晶體和振蕩器電路的溫度調(diào)節(jié)室。通過(guò)將頻率控制元件保持在穩(wěn)定溫度，消除了環(huán)境溫度變化的影響。當(dāng)用于精密無(wú)線電應(yīng)用中的頻率控制時(shí)，OCXO非常出色;然而，它們很昂貴，消耗大量電力，而且可能非常大。
OCXO晶振能夠產(chǎn)生大約10-10到10-8的頻率精度，對(duì)于某些特殊應(yīng)用，甚至更緊湊。它們還提供所有振蕩器類(lèi)型的最嚴(yán)格的頻率穩(wěn)定性。但是，OCXO是特殊項(xiàng)目，大多數(shù)頻率控制產(chǎn)品供應(yīng)商一般都不提供。
雖然振蕩器的類(lèi)型有很多種，不過(guò)一般沒(méi)有特殊的要求的話，大致上是只有TCXO，VCXO，OCXO和SPXO這四種，而且這些種類(lèi)的振蕩器基本設(shè)計(jì)和操作都可以根據(jù)要求修改和匹配。26M溫補(bǔ)晶振是對(duì)講機(jī)和其他通信設(shè)備最常用的一種，一般來(lái)說(shuō)成本不會(huì)很高，不同品牌價(jià)格也不相同，詳細(xì)的資料或要詢(xún)價(jià)問(wèn)貨，歡迎聯(lián)系金洛鑫電子：0755-27837162！
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