何为压控晶振

         压控晶振的组成原理                                                 

• 压控主要由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成，其工作原 理是通过控制电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率， 以达到频率调制的目的。

• 压控晶振的应用

  • vcxo 大多用于锁相技术、频率负反馈系统及频率调制，已是通信机、移 动电话、寻呼机、全球定位系统（gps）等众多电子应用系统必不可少的关键部件。
    

• 压控晶振的参数及选型

  • vcxo 技术规范中列有多项性能参数。这些参数往往是相互关联的。我们 不能一味追求某些参数的高指标而忽视由此引起的其它参数的劣化。 例如， vcxo 允许的频率控制范围就是有限制的。 一般来说， 如果要求 vcxo 有较大的牵引度， 则它在工作温度范围内的频率稳定度就较差。反之，如果对频率稳定度要求高， 就很难得到较大的牵引度（>±200×10－6） 。因此，正确了解 vcxo 的技术规范 和使用要求，对于在设计上用好这种器件是很关键的。下面我们将介绍 vcxo 电 参数的特点和选用时应注意的问题。

    1 vcxo 的确定

    首先，要弄清楚具体应用场合是需要 vcxo，还是一般的振荡器。当设计人员希 望通过外加控制电压来对振荡器的频率作小范围的调谐时， 就应选用 vcxo 器件。 我们把这种振荡器调谐称为牵引度（pullability） 。牵引度用 10－6 数量级表示。 vcxo 牵引度的典型值为±50×10－6～±200×10－6， 要得到这种范围的牵引度， vcxo 产品一般采用标准圆形石英晶体。为了满足牵引度范围大的要求，设计上 须用大尺寸晶体（直接 0.25 英寸～0.35 英寸） 。此外，如果要得到大范围的牵引 度，vcxo 产品的晶体应是基模晶体。

    2 频率稳定度要求

    vcxo 用石英晶体作频率控制元件，其振荡频率在工作温度内是稳定的。当我们 对 vcxo 进行调谐时，振荡频率会发生改变；但偏离标称频率的各个频率值在工 作温度范围内同样是稳定的。必须注意，对于一个给定的频率而言，频率稳定度 要求越高，要得到大范围的牵引度就越困难。采用硅解决方案，不能获得良好的 频率稳定度。 这是因为硅存在颤动噪声和相位噪声所致。 vcxo 采用了石英晶体， 频率异常稳定，是目前最好的频率控制器件。 技术参数：

    3 电压调谐与频率变化的关系

    vcxo 的频率偏移值同加在其调谐电路上的控制电压的大小有关。 vcxo 标称频率 对应的调谐电压规定为 vcc（电源电压）的一半。vcc 为 5v 的 vcxo，控制电压 为 2.5v 时就产生中心频率。控制电压为（0.5～4.5）v 的 vcxo，其频率变化曲 线的斜率为正。也就是说，当控制电压从 2.5v 上升为 4.5v 时，振荡器的频率将 增大；当控制电压从 2.5v 降为 0.5v 时，振荡器的频率将减小。振荡器的频率随 控制电压变化的特性，往往用调谐灵敏度这一物理量来描述。调谐灵敏度用单位 10－6/v 表示。 如果 vcxo 的牵引度为±100×10－6， 控制电压范围为 （0.5～4.5） v，则其调谐灵敏度等于 50×10－6/v。要求控制电压没有噪声或其它可能引起 振荡器频率和输出波形特性发生突变的瞬态过程，这一点很重要。为把噪声减至 最小，经常采取的措施是在电路板上把模拟信号与数字信号分别接地。

    4 相位噪声和调制

    一切振荡器都有一些振幅调制噪声和相位调制噪声。vcxo 的相位噪声要受振荡 器电路结构和石英晶体的影响。vcxo 电源的瞬态过程或波纹产生的调制还会使 它的相位噪声性能恶化。 相位噪声的均方根值是由相位噪声频谱在给定带宽内求 积分而推算出来的。相位噪声是根据频率相对于中心频率的偏移量来界定的，用 单位 dbc/hz 表示。锁相环电路使用的大多数 vcxo 器件必须具有良好的相位噪 声特性。如果应用上对相应噪声有严格要求，选用 vcxo 时就一定要规定相位噪 声允许的范围。

    5 线性度

    vcxo 振荡频率随控制电压变化的函数关系是非线性的。设计优良的 vcxo，其频 率与控制电 压的函数曲线接近直线，偏离直线的范围控制在 ±10％以内。一般来说，vcxo 的牵引度越大，它的线性度就越差。大多数 vcxo 的频率与控制电压的函数曲线都具有正斜率而且是单调的。因此，当控制电压增 加时，牵引度就变大。

    6 控制电压端口的输入阻抗和调制带宽

    当以 10khz 速率进行调制时， vcxo 控制电压端口的输入阻抗通常在 50kω以上。 生产厂商受到空间窄小的约束，不能在 vcxo 输入端口采取充分的滤波措施来改 进它的调制带宽和噪声性能。vcxo 典型的调制带宽为直流至 20khz。调制频率 超过 20khz，vcxo 输出信号中可能会出现寄生响应。在某些场合，可以采取措 施使输入阻抗和调制带宽满足特殊需要。

    7 绝对牵引范围与标称振荡频率偏移的关系

    在工业上， 定义 vcxo 牵引度的方法有两种。 一种方法叫做绝对牵引范围 （apr） 。 这种方法定义的牵引度考虑了 vcxo 各相关因素产生的所有频率变化，因而给出 的是总的牵引范围。简言之，apr 定义的牵引度等于 vcxo 相对于标称振荡频率 的频移同稳定性、电压变化、负载变化和老化特性等因素引起的频率变化之和。 例如，一个 apr 为±100×10－6 的 vcxo，它所追踪的源信号在各种规定的工作 条件下具有的最大频率偏移将为±100×10－6。 定义 vcxo 牵引度的第二种方法仅仅考虑相对于标称振荡频率的频率偏移。这种 方法就没有考虑总体稳定性或老化特性的影响。

    8 频率与价格的关系

    vcxo 采用基模晶体来获得要求的牵引度值。对于 30mhz 以下频率，vcxo 运用 标准圆形晶体设计。频率超过 30mhz 后，标准基模晶体就很难制造。随着频率 的增加，晶体变得越来越薄，制造过程中的操作也更加困难。在 30mhz 以上的 频率基模工作就需采用反向台面晶体。 反向台面晶体制造技术是一种较新的技术， 比传统的标准晶体加工技术复杂。因此，高频率产品的加工往往损耗也较大。一 般来说，采用反向台面晶体的高频 vcxo 产品比使用标准圆形晶体的低频 vcxo 产品价格贵。30mhz 以上的 vcxo 产品价格较高也就不难理解了。

    9 工作电压与工作电流

    vcxo 的电源电压及其允许的误差范围，常常同器件的额定电流或最大电流一起 同时加以规定。随着电源电压的降低（例如 3.3v） ，控制电压值也将减小。借助 这种较低的控制电压很难获得大范围的牵引度。如果 vcxo 是用小晶体封装在小 型表面组装外壳内制成的话，情况更是如此。

    10 输出要求 vcxo

    可提供适合 ttl、ecl、cmos 等集成电路要求的多种输出。设计人员要弄 清楚设计的实际要求，只有这样，才能为特定的应用选择正确的输出类型。

    11 波形要求

    vcxo 还对对称性、逻辑电平、上升时间、下降时间等波形参数作了规定。现有 vcxo 产品可满足 ttl、ecl、cmos 等集成电路的波形参数要求。对上升时间、 下降时间和对称性要求十分严格时，要特别注意负载的大小和基准电平的高低， 以免对厂商给出的参数值造成误解。 美国压控晶体振荡器性能 发展趋势：随着现代无线通信系统向高频、宽带、便携式方向发展，要求 vcxo 具有高频、高性能、频率范围宽、线性度好、频率稳定度优、频率牵引误差小、 噪声低和封装尺寸小等特性。 世界上各先进国家竞相开发与生产高水平的产品来 满足日益增长的市场需求。

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