高穩(wěn)定恒溫晶振的技術(shù)特點及應(yīng)用趨勢
晶振是電路中常用的時鐘元件,全稱是叫晶體振蕩器,它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率,這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點,被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性,故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。而本文介紹的是高穩(wěn)定晶振即恒溫晶振(OCXO),其特性及應(yīng)用范圍。
高穩(wěn)定恒溫晶振(OCXO)是裝在“恒溫箱”的石英晶體振蕩器,它利用恒溫槽使石英晶體諧振器(quartz crystal)的溫度保持恒定,將周圍溫度變化對振蕩器輸出頻率的影響降低到最小。由于采用了專門的保護電路和保護措施,OCXO具有超低短期穩(wěn)定性(<-178dBc),老化率非常低(每年0.05-0.5ppm),其性能不受外界溫度、重力和振動等因素的影響。高穩(wěn)定恒溫晶振(OCXO),由于晶體振蕩器的震蕩頻率會隨著溫度的變化而變化,故為了保持頻率的穩(wěn)定性,將晶振控制在一個恒定的溫度下工作以此來提高晶振的相頻特性。OCXO是由恒溫槽控制電路和振蕩器電路構(gòu)成的。通常人們是利用熱敏電阻“電橋“構(gòu)成的差動串聯(lián)放大器,來實現(xiàn)溫度控制。恒溫晶振(OCXO)由于晶體振蕩器的震蕩頻率會隨著溫度的變化而變化,故為了保持頻率的穩(wěn)定性,將晶振控制在一個恒定的溫度下工作以此來提高晶振的相頻特性。
高穩(wěn)定恒溫晶振(OCXO)特性:
溫度穩(wěn)定性:從使用溫控烘箱來看,OCXO的溫度穩(wěn)定性比TCXO好很多,當然比普通晶振好很多。
頻率精度:因恒溫晶振(OCXO)的溫度穩(wěn)定性遠優(yōu)于其他作用的振蕩器,因此將改善的溫度穩(wěn)定性與高精度石英晶體相匹配以確保高水平的基本精度。
整體性能:因恒溫晶振(OCXO)的溫度穩(wěn)定性的提高會增加裝置(烤箱和附加電路以及機械部件)的額外成本,因此整體性能通常會增強以匹配提高的溫度穩(wěn)定性。高溫定晶振具有小體積,高性價比、壽命長、,尤其是秒以下的短期穩(wěn)定度好,高頻率溫度特性、低相位噪聲特性、超高頻率溫穩(wěn)定度及低老化漂移特性等特點。具有完善的結(jié)構(gòu)和良好的溫控電路組成。
主要措施有: 相位差比較器和軟件鎖相控制器,恒溫槽技術(shù)。且利用鎖相技術(shù)能使之同步于外來同步基準信號,所以高穩(wěn)晶振在數(shù)字同步網(wǎng)中作為從鐘被大量使用。
高穩(wěn)定恒溫晶振(OCXO)的頻率-溫度特性:
石英諧振器是高穩(wěn)定度晶體振蕩器的核心元件,其存在的主要缺陷是頻率會隨著環(huán)境溫度的改變而發(fā)生明顯變化。與此同時,石英諧振器工作過程中所發(fā)生的溫度變化也會誘發(fā)晶格的改變,從而導(dǎo)致其頻率發(fā)生變化。石英晶體所具有的溫度特性直接決定了高穩(wěn)定度晶體振蕩器的溫度特性,總的來說,振蕩電路中電阻和電容所出現(xiàn)的溫漂對晶體振蕩器頻率的影響是可以忽略不計的。如今,一般選擇將晶體及外圍電路設(shè)定在一個比較穩(wěn)定的溫度環(huán)境中,從而形成了一個恒溫系統(tǒng),其溫度一般控制在零溫度系數(shù)點附近,而且對外圍溫度控制越精確,晶體振蕩器的穩(wěn)定度越高。
高穩(wěn)定恒溫晶振(OCXO)典型應(yīng)用領(lǐng)域:導(dǎo)航、安全通信系統(tǒng)、雷達和戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)、航天飛行系統(tǒng)、偵察等領(lǐng)域。