Der TCXO ist ein Quarzoszillator, der die Größe der Oszillationsfrequenz aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur durch eine zusätzliche Temperaturkompensationsschaltung reduziert.
1. Temperaturkompensationsmethode von TCXO
Im TCXO gibt es zwei Arten von direkten und indirekten Kompensationsverfahren zum Kompensieren der Frequenzdrift des Quarzkristalloszillators:
(1) Direkte Entschädigung
Der Direktkompensationstyp TCXO ist eine Temperaturkompensationsschaltung, die aus einem Thermistor und einem RC-Glied besteht, das in Reihe mit einem Quarzoszillator in einem Oszillator gebildet ist. Wenn sich die Temperatur ändert, ändern sich der Widerstand des Thermistors und die Kapazität des kristalläquivalenten Reihenkondensators entsprechend, wodurch die Temperaturdrift der Oszillationsfrequenz aufgehoben oder verringert wird. Die Kompensationsschaltung weist eine einfache Schaltung und geringe Kosten auf und spart die Größe und den Raum einer gedruckten Leiterplatte (PCB) und ist für Anwendungen mit kleinen Abmessungen und niedrigen Spannungen und kleinen Strömen geeignet. Wenn jedoch die Kristalloszillatorgenauigkeit weniger als ± 1 um beträgt, ist das direkte Kompensationsverfahren nicht geeignet. (2) Indirekter Kompensationstyp
Die indirekte Kompensation ist in zwei Arten unterteilt: analog und digital. Die analoge indirekte Temperaturkompensation verwendet ein Temperaturerfassungselement wie einen Thermistor, um eine Temperatur-Spannungs-Umwandlungsschaltung zu bilden, und legt die Spannung an eine Diode mit variabler Kapazität an, die mit einem Kristalloszillator in Reihe geschaltet ist, und die Kapazität ändert sich seriell durch den Kristalloszillator. kompensieren die nichtlineare Frequenzdrift des Kristalloszillators. Dieses Kompensationsverfahren kann eine hohe Genauigkeit von ± 0,5 ppm erreichen, ist jedoch bei niedrigen Spannungsbedingungen unter 3 V begrenzt. Die digitale indirekte Temperaturkompensation ist ein Analog-Digital-Wandler (A / D-Wandler), gefolgt von einer Temperatur-Spannungs-Wandlerschaltung in einer analogen Kompensationsschaltung, um analoge Größen in digitale Größen umzuwandeln. Dieses Verfahren kann eine automatische Temperaturkompensation erreichen, so dass die Stabilität der Kristalloszillatorfrequenz sehr hoch ist, aber die spezifische Kompensationsschaltung ist komplexer, die Kosten sind höher, nur für Basisstationen und Radiostationen und andere Anforderungen von Hochpräzisionsbedingungen.
2. TCXO Entwicklungsstatus
TCXO hat in den letzten zehn Jahren große Fortschritte gemacht, unter denen Japan in der Forschung, Entwicklung und Produktion von Präzisions-TCXO führend und dominierend ist. In den späten 1970er Jahren erreichte das Volumen von TCXOs, die in Autotelefonen verwendet wurden, mehr als 20 Angström, die Mainstream-Produkte der TCXOs fielen auf 0,4, und die Größe von ultrakompakten TCXO-Geräten betrug nur 0,27?. In 30 Jahren ist das Volumen von TCXO um das 50-fache oder sogar 100-fache geschrumpft. Die Dicke des oberflächenmontierbaren TCXO, das von der japanischen Keramikfirma unter Verwendung des Reflow-Lötverfahrens hergestellt wird, wird von 4 mm auf 2 mm verringert, und die Nennschwingungsamplitude kann 90% nach 4 ms Oszillationsstart erreichen. Der Frequenzbereich von TCXO, der von der KSS-Gruppe produziert wird, beträgt 2 bis 80 MHz, und die Stabilität, wenn sich die Temperatur von -10 ° C auf 60 ° C ändert, beträgt ± 1 ppm oder ± 2 ppm; Die Frequenzabdeckung des digitalen TCXO beträgt 0,2 bis 90 MHz und die Frequenzstabilität beträgt ± 0,1ppm (-30 ° C bis + 85 ° C). TCO-935/937 Chiptyp Direct Temperature-Compensated TCXO, hergestellt von Tozawa Telecommunications Co., Ltd., Japan, Frequenz- und Temperatureigenschaften (Fleckfrequenz 15,36 MHz) von ± 1ppm / -20 bis +70 ° C, an einem Netzteil Spannung von 5V ± 5% Die Frequenz-Spannungs-Kennlinie beträgt ± 0,3ppm, die Ausgangs-Sinuswellenform (Amplitude 1VPP), der Stromverlust beträgt weniger als 2mA und das Gewicht beträgt nur 1g. Die X3080 TCXO von PiezoTechnology ist sowohl in Oberflächenmontage- als auch in Durchgangsloch-Gehäusen mit einem Sinus- oder Logikausgang erhältlich und kann eine Genauigkeit von ± 0,25 bis ± 1ppm im Bereich von -55 ° C bis 85 ° C erreichen. Das Niveau der inländischen Produkte ist auch hoch, wie Peking Ruihua Xin Technology Development Co., Ltd TCXO (32 ~ 40MHz) Genauigkeit besser als ± 1ppm bei Raumtemperatur, die Frequenz der ersten Jahresalterungsrate von ± 1ppm, Frequenz (mechanische) Feineinstellung ≥ ± 3ppm, Stromverbrauch ≤120mW. Hochstabile TCXO-Geräte mit einer Genauigkeit von ± 0,05ppm.
Hohe Präzision, geringer Stromverbrauch und Miniaturisierung sind immer noch die Forschungsthemen von TCXO. Im Hinblick auf Miniaturisierung und Slicing gibt es viele Schwierigkeiten, von denen zwei Hauptursachen sind: Erstens wird eine Miniaturisierung die Amplitude der Frequenz des Quarzkristalloszillators kleiner machen, und die Temperaturkompensation wird schwieriger sein; zweitens, nach dem Chip-Gehäuse Da beim Reflow-Löten die Löttemperatur viel höher als die maximal zulässige Temperatur des TCXO ist, ändert sich die Frequenz des Quarzoszillators, und wenn die lokalisierten Wärmeabfuhr- und Kühlmaßnahmen nicht übernommen werden, ist dies der Fall schwierig, die Frequenzvariation des TCXO bei ± 0,5 × 10 - 6 zu steuern. Allerdings hat die Verbesserung des technischen Niveaus von TCXO noch nicht das Limit erreicht, und der Inhalt und das Potential für Innovationen sind immer noch groß.
3. Anwendung von TCXO
Der TCXO dient als der Referenzoszillator zum Bereitstellen der Frequenzreferenz für den Übertragungskanal und dient auch als der lokale Oszillator der ersten Stufe für den Empfangskanal; der andere TCXO dient als lokaler Oszillator der zweiten Stufe und gibt sein Oszillationssignal an den zweiten Inverter ab. Das Mobiltelefon benötigt eine Frequenzstabilität von 0,1 bis 2,5 ppm (-30 bis + 75 ° C), aus Kostengründen liegt die typische Spezifikation jedoch bei 1,5 bis 2,5 ppm. Eines der 12 bis 20 MHz TCXO-Produkte für Mobiltelefone ist der VC-TCXO-201C1, der eine direkte Kompensationsmethode verwendet. Das Aussehen ist in Fig. 2 (b) gezeigt und wird von der japanischen Firma KSS hergestellt.
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