什么是VCXO压控晶振？

时间： 2023-11-01 来源：晶科鑫官网

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VCXO是一种晶体振荡器，其输出频率根据施加的控制电压而变化。VCXO输出频率的变化以百万分之一（ppm）为单位，如果计算中包括稳定性和老化，则称为拉力、总牵引范围或绝对牵引范围（APR）。VCXO由晶体和振荡器电路以及变容二极管和支持电路组成。石英的高Q（质量）系数允许小范围的频率牵引。它们还提供高性能、低抖动和低相位噪声。

VCXO用于工作频率的微调，通常与锁相环（PLL）结合使用。VCXO中的可拉性可能会有所不同。有些只需要50ppm的拉力，而另一些可能需要数百ppm的拉力。VCXO的一些应用包括电信、测试和测量以及广播设备。

什么是可拉性？

牵引性是VCXO在给定的控制电压变化下可以拉动的频率范围。对于给定电压，它以百万分之一（ppm）为单位指定。正如预期的那样，较大的牵引性数字可提供更大的调谐范围，但具有较小牵引力水平的VCXO可提供更高的稳定性和更低的相位噪声。

什么是绝对牵引范围？

绝对牵引范围（APR）是指当控制电压设置为最大值和最小值时，VCXO与中心频率的保证最小偏差。绝对牵引范围可通过从总牵引范围中减去由温度、晶体老化、电源和电路负载引起的频率误差来计算。

压控振荡器VCXO在外部调节电压（压控电压VC）作用下，输出频率会出现与压控电压成线性的变化。在一定的供电电压VCC和中心频率条件下，VC产生的总频率变化范围减总的频率稳定性就是VCXO的绝对频率牵引范围（Absolutepullrange）。

APR（Absolute pull range）=（Total pull range）-（Total stability）

总稳定性指常温下的频率稳定性+整个工作稳定范围频率稳定性+电源稳定性+工作寿命内的稳定性。

例如：振荡器的总拉力范围为±160ppm，常温下的频率公差±20ppm，工作温度范围的的频率公差±20ppm，电源电压稳定性为±10ppm，10年老化率的稳定性为±10ppm，那么通过计算，最终可使用的APR为±100ppm。

VCO和VCXO有什么区别？

VCO或压控振荡器是一种电子振荡器，其输出频率通过电子电路产生。通过在控制输入端应用调制信号，它们可用于频率调制（FM）或相位调制（PM）。VCO也是锁相环的组成部分。VCO在合成器中用于产生波形，其音高可通过音乐键盘或其他输入端确定的电压进行调节。

VCXO是一种压控晶体振荡器，由晶体振荡器、变容二极管和辅助电路组成。VCXO的输出频率由晶体的特性决定。当在晶体两端施加不同的直流电压时，振荡频率会发生变化。VCXO常见于网络、通信和测试设备中。

表1

VCXO有几个特征是特定的。配置VCXO时，第一步是表征基本振荡器性能，以确保VCXO的频率调谐足以满足电路要求。这些规格将包括工作频率、温度范围和稳定性。对于电压控制部分，需要满足以下条件：

控制电压-这是施加到VCXO输入引脚的变化电压，导致频率变化。它有时被称为调制电压，特别是如果输入是交流信号。

偏差-这是由控制电压变化引起的频率变化量。例如，0V~5V控制电压可能导致偏差±150ppm。计算APR后，可能会导致可用偏差为±100ppm。

传递函数（有时称为斜极性）-这定义了频率变化方向与施加的控制电压的关系。正传递函数将导致频率增加。负传递函数会导致频率降低，控制电压为正（或负）更多。

线性度-它是频率误差与总偏差之间的比率，以百分比表示，其中频率误差是通过输出频率与控制电压图绘制的最佳直线的最大频率偏移。

如果振荡器的规格要求线性度为±5%，实际总偏差为20kHz，如下图所示，则输出频率与控制电压输入的曲线可能与中间灰线相差±1kHz（20kHz±5%）。这些限值由蓝色虚线表示，黑色曲线表示线性度在±5%以内的VCXO的典型曲线。

图1

良好的VCXO设计要求电压-频率曲线平滑（无间断）和单调性。

其他设计注意事项

稳定性-石英晶体是一种高Q值器件，是晶体振荡器的稳定性决定因素。石英晶体本身具有抗“拉”偏离基频的特性。要产生具有明显偏差的VCXO，振荡器电路必须降频或“去Q”。这导致晶体在频率与温度特性、老化特性和短期稳定性特性方面失去固有的稳定性。这也会影响相关的抖动和相位噪声性能。为了工程师的最佳利益，不应指定超出必要范围的偏差。

锁相-当VCXO用于锁相环应用时，偏差应始终等于或大于VCXO本身与其被锁定的基准或信号的总不稳定性。如果开环稳定性要求更严格，可以使用TC/VCXO来满足更高的开环要求。

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