【技术】探讨温补晶振的温度补偿原理

时间： 2021-12-04 来源：晶科鑫

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客户经常会问：什么是温补晶振？它和一般石英晶体振荡器有何区别？晶科鑫将在本文介绍温补晶振的温度补偿原理。温补晶振是一种石英振荡器，与普通石英晶体振荡器不同的是它的精度和稳定性都要高些，它对晶振频率可以起到一个温度补偿的作用。比如说在某些高温的环境下，有些产品会因为高温出现不良的现象，严重甚至会导致整个产品瘫痪，在这种情况下就会用到温补晶振。其原理是通过感应周围环境温度，将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率，以求达到稳定输出频率的效果。它可以在天气温度变化中起到一个互相补助的作用，遇到气温低的情况它会根据本身的温度补偿电路来补偿由周围温度变化产生出的振荡频率偏差，从而保护产品的稳定性。

温补晶振内部结构可分为石英晶体振荡回路和温度补偿网络两部分。石英晶体振荡器的频率温度特性主要由晶体谐振器的频率温度特性决定。传统的TCXO是通过采用模拟器件进行补偿，即通过改变振荡回路中的负载电容等模拟器件，使其随温度而变化来补偿晶体谐振器由于环境温度变化所产生的频率漂移。这也叫模拟式温度补偿。随着温度补偿技术的发展，很多采用数字化补偿技术的TCXO逐渐开始出现，这种数字化补偿的温补晶振又叫DTCXO；还有一种用单片机进行补偿的温补晶振称之为MCXO。数字化补偿技术可实现晶振自动温度补偿，使石英晶体振荡器频率稳定度非常高。并且能够适应更宽的工作温度范围。但具体的补偿电路比较复杂，成本也较高，只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。因此，通常使用的都是采用的模拟式间接温度补偿的温补晶振。

随着科学技术的不断发展，温补晶振取得了可喜的进步。目前晶振行业知名的晶振厂家绝大部分都有自主生产温补晶振产品，其中SJK晶科鑫是温补晶振产品做得最齐全的晶振厂家之一，专业生产石英晶振，晶振产品型号众多，频点齐全，其中SJK温补晶振被广泛应用于如北斗定位系统、GPS卫星导航仪、智能手机、RFID产品等多个领域。不同的产品所采用的频率不尽相同，北斗定位用高精度温补晶振所采用的频率主要为10MHz和16.32MHz；GPS卫星导航仪用高精度温补晶振则为16.368MHz、16.369MHz、16.367667MHz和26MHz等频率；而智能手机上主要用到的温补晶振频率为19.2MHz和26MHz；RFID产品上用的温补晶振频率是20MHz、24MHz和25MHz等。随着晶振向小型化趋势不断发展，温补晶振的尺寸也越来越小，相同频率的温补晶振在晶振的体积上也有多个选择。然而，虽然各大温补晶振市场厂家均已实现2520、2016体积的小体积TCXO产品。目前市场上用的比较多的还是3225、2520尺寸的温补晶振。

未来温补晶振的发展方向是向小型化、片式化、高精度和高稳定度方向不断发展，实现晶振的低噪声、高频化以及低功耗。近年来，国内的温补晶振产品水平得到了很大的提高，实现了在室温下精度优于±1ppm，第一年的频率老化率为±1ppm，频率（机械）微调≥±3ppm，电源功耗≤120mw。最高精度可达±0.05ppm。由此可见，温补晶振的技术水平还有很大的提升空间，创新的内容和潜力还很大。然而，科学技术的发展不能一蹴而就，它将伴随整个电子行业的发展一同前行。

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