IDT Temperature compensated crystal oscillator

IDT Temperature compensated crystal oscillator，IDT是一家秉持着创新设计理念的供应商，致力于为广泛应用市场提供性能优越，低成本，低抖动的产品，其中最为主流的TCXO产品，一直深受GPS定位系统，物联网等领域的欢迎，经过长期耐心打磨，以及极致的追求，使得其能够在短时间之内开发大量优质的温补晶振产品，TCXO温补晶振是一种温度补偿晶体振荡器，只要在变化的温度环境中需要特别高的稳定性，即当振荡器的频率偏差在其整个工作温度范围内必须最小时，就可以使用。

振荡器使用石英晶体板，所谓的“空白”是产生稳定和精确的参考频率的最经济的解决方案。然而，它们的频率精度因环境温度而异。在25°C的温度下，精确度最高。环境温度偏离25°C越远，频率偏差将根据特定特征而改变。

温度和频率偏差之间的关系可以使用三次多项式函数来近似。A 5th度函数也可以用于更精确的曲线拟合。

在极端温度条件下，正常石英晶体振荡器(XO)会出现最大+/- 100 ppm的频率偏差，因为高次多项式系数在极端温度范围内更加明显。如上图1所示，普通XO的频率稳定性对于许多应用来说完全足够。然而，还有许多其他应用，例如无线或GPS应用，它们的需求更高，而TCXOs只能满足这些需求。

TCXO的设计和功能

TCXOs在-40°C至85°C的整个工作温度范围内抑制频率偏差，从而实现高达0.5ppm的频率稳定性。

在下文中，将通过仔细观察其基本架构来详细解释TCXO的功能。通常，TCXO由五个功能块组成(图2)，下面将对每个功能块进行更详细的描述。IDT Temperature compensated crystal oscillator.

1)用多项式函数控制信号发生器

控制信号发生器是TCXO晶体振荡器的心脏。第一步，它借助内置温度传感器观察环境温度(δT)的变化。使用具有预定义基准电压的比较器，检测到的温度(δT)将被转换为比例温度电压(V_T)。在下一步骤中，使用多项式函数发生器将温度电压(V_T)转换成特定的控制电压(V_C)。

综上所述，可以说控制电压V_C(红色曲线)遵循预定义的处理，反映了振荡器的温度感知(蓝色曲线)。然而，由于所有的晶体坯都有各自的温度特性，因此需要进行逐块补偿，以确定每个晶体坯的多项式函数系数。因此，TCXOs特别精确，但也比其他类型的振荡器更贵。

2)拉动网络

该电路利用控制电压(δV _ C)来校正温度变化引起的振荡器频率偏差。

为了理解控制电压如何校准频率，看一下下面的等式是有帮助的:

因此，振荡器的谐振频率(fosc)由两个等效变量决定:石英的等效电感(L)和等效电容(C)。作为任何石英坯的自然属性，电感(L)随着温度变化而变化。因此，只有通过调节由ASIC控制的电容(C)才能补偿这些变化。

变容二极管阵列用于通过互补地改变电容(δC)来抵消晶体坯的温度效应。当温度上升导致晶体坯的等效电感(L)上升时，等效电容(C)将被变容二极管阵列互补地拉低。

3)核心振荡器

除了这些温度补偿电路，TCXO自然也有一个普通的振荡器电路，优化产生所需的频率。

4)电压调节器

这个组件是一种“保护机制”。目的是调节从外部施加到TCXO的电压，以防止TCXO内的任何电压波动，例如由电源噪声引起的电压波动。

5)输出缓冲器

另一种保护机制。它将SPXO晶体振荡器与任何外部负载变化隔离开来。因此，输出负载电容的变化不会影响谐振频率的精度。

TCXO:典型的应用领域

由于其巨大的频率稳定性，TCXOs特别适合电信中的无线应用。这些组件在物联网领域、GPS应用和众多消费产品中也有很大的需求。

由于每个应用都有其特定的要求，IDT Quartz提供了一个各种不同尺寸的TCXOs及其JT系列。这一产品组合最近又增加了推出新的FXTC-HE73，专门设计用于导航系统(GPS、GNSS等)。).

FXTC-HE73系列的所有元件都配有HCMOS或限幅正弦输出。此外，FXTC-HE73系列的所有组件都有两个重要的核心特征。

约赫-TCXO仅使用经过训练的石英毛坯

普通的石英毛坯可能有微小的缺陷或杂质，例如石英表面上抛光不充分的区域或晶体毛坯中无序的晶格。这些微小的不规则性可能会导致特定温度范围内的瞬时频率跳变，这无法用有限次多项式方程来描述。因此，在这个特定的温度范围内，TCXO的补偿机制将是不准确的。这种现象被称为“频率扰动”，如图4所示。

图4显示了使用普通石英空白的TCXO的温度特性，在63°c时出现意外的频率扰动。因此，如果工作温度接近该临界温度点，输出频率将发生突然跳变。由这种不准确的频率驱动的系统将表现出退化甚至故障，至少是暂时的。因此，IDT仅使用高质量的石英坯件和复杂的晶体设计来避免TCXOs的任何频率扰动。

混合信号ASIC实现实时反应

IDT-tcxo由混合信号ASIC控制。因此，五个功能块中的参数是数字设定的。相比之下，补偿机制(即将感知的温度转换为校正电压)是纯实时模拟方法，因此与数字替代方案相比，没有延迟或分辨率有限。

复杂的温度补偿机制和高质量石英坯的使用确保了巨大的频率稳定性，从而使IDT-TCXOs有源晶体振荡器成为无线和电信领域以及要求苛刻的导航系统中广泛应用的理想解决方案。

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