温度补偿晶体振荡器

用于减少其频率－温度偏移的设备

温度补偿晶体振荡器（tcxo）包括数字补偿晶体振荡器和微机补偿晶体振荡器。器件内部采用模拟补偿网络或数字补偿方式、利用晶体负载电抗随温度的变化而补偿晶体元件的频率－温度特性，以达到减少其频率－温度偏移的晶体振荡器。

应用

石英晶体振荡器的发展及其在无线系统中的应用，由于tcxo具有较高的频率稳定度，而且体积小，在小电流下能够快速启动，其应用领域重点扩展到移动通信系统。tcxo作为基准振荡器为发送信道提供频率基准，同时作为接收通道的第一级本机振荡器；另一只tcxo作为第2级本机振荡器，将其振荡信号输入到第2变频器。移动电话要求的频率稳定度为0.1～2.5ppm（－30～+75℃），但出于成本上的考虑，通常选用的规格为1.5～2.5ppm。移动电话用12～20mhz的tcxo代表性产品之一是vc－tcxo－201c1，采用直接补偿方式，，由日本金石（kss）公司生产。

注意事项

温度补偿晶体振荡器应注意：

a）要求在防静电环境中安装产品（有ic电路的对此项作要求）；

b）注意轻拿轻放，避免高位跌落或碰撞等引起的产品失效；

c）晶振所加电源电压幅值、允差、极性正确；

d）注意电源纹波（低相噪晶振建议采用低纹波线性电源）；

e）输出负载要匹配；

f）产品应贮存在环境温度为－10℃～40℃、相对湿度不大于80%、周围环境无酸性、碱性及其他有害气体的库房中。

定义

温度补偿晶体振荡器又称温补晶振。英文简称为tcxo（temperature compensated crystal oscillator）是在一定的温度范围内通过一定的补偿方式（比如电容补偿、热敏电阻网络补偿等）而保持晶体振荡器的输出频率在一定的精度范围内（如10-7级、10-6 级）的晶体振荡器。它具有开机特性好、功耗低、频率-温度稳定性高等特点。广泛应用于各种通信、导航、雷达、卫星定位系统、移动通信、程控电话交换机、各类电子测量仪表中。

分类及特点

温度补偿晶体振荡器根据补偿方式分可为两大类，一种是间接补偿晶体振荡器，即在压控晶体振荡器（vcxo）的前端加一温度补偿电阻网络，用补偿网络的输出电压来控制vcxo的控制端电压；另一种是直接补偿晶体振荡器（简称直补晶振），即直接在晶体振荡电路的振荡槽路加入具有温度敏感性的补偿阻容网络，达到补偿的目的。后者在电路中省去了vcxo，也无须对振荡电路进行稳压，因此在电路、功耗、体积以及批量生产等各个方面都具有一定的优势。

特性参数

1）标称频率：即振荡器上标明的频率。

2）工作温度范围：振荡器能正常工作。其频率及其他性能均不超过规定的允许偏差的温度范围。

3）频率准确度：按规定条件要求,在基准温度（23℃±2℃）下测试，晶体振荡器的频率相对于其规定标称值的最大允许偏差，即（f-f0）/f0。

4）频率-温度稳定度：按规定条件要求,在规定温度范围内晶体振荡器输出频率的最大变化量相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频偏值，即±（fmax-fmin）/(fmax+fmin)。

5）输出波形：按规定条件要求，振荡器输出波形类型为正弦波或方波。

6）频率老化：晶体振荡器输出频率随时间的变化,通常用某一时间间隔的频差来量度。如0至30天的总变化或1年内的预定总频率变化等。

7）相位噪声：短期稳定度的频域量度。用单边带谱中每1hz带宽的功率对载波功率的相位噪声之比表示。

发展现状

温度补偿晶体振荡器在近十几年中得到长足发展，其中在精密tcxo的研究开发与生产方面，日本居领先和主宰地位。在70年代末汽车电话用tcxo的体积达20 以上，主流产品降至0.4 ，超小型化的tcxo器件体积仅为0.27 。在30年中，tcxo的体积缩小了50余倍乃至100倍。日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生产的表面贴装tcxo厚度由4mm降至2mm，在振荡启动4ms后即可达到额定振荡幅度的90%。金石（kss）集团生产的tcxo频率范围为2～80mhz，温度从－10℃到60℃变化时的稳定度为±1ppm或±2ppm；数字式tcxo的频率覆盖范围为0.2～90mhz，频率稳定度为±0.1ppm（－30℃～+85℃）。日本东泽通信机生产的tco－935/937型片式直接温补型tcxo，频率温度特性（点频15.36mhz）为±1ppm/－20～+70℃，在5v±5%的电源电压下的频率电压特性为±0.3ppm，输出正弦波波形（幅值为1vpp），电流损耗不足2ma，体积1 ，重量仅为1g。piezotechnology生产的x3080型tcxo采用表面贴装和穿孔两种封装，正弦波或逻辑输出，在－55℃～85℃范围内能达到±0.25～±1ppm的精度。国内的产品水平也较高，如北京瑞华欣科技开发有限公司推出的tcxo（32～40mhz）在室温下精度优于±1ppm，第一年的频率老化率为±1ppm，频率（机械）微调≥±3ppm，电源功耗≤120mw。高稳定度的tcxo器件，精度可达±0.05ppm。

高精度、低功耗和小型化，仍然是tcxo的研究课题。在小型化与片式化方面，面临不少困难，其中主要的有两点：一是小型化会使石英晶体振子的频率可变幅度变小，温度补偿更加困难；二是片式封装后在其回流焊接作业中，由于焊接温度远高于tcxo的最大允许温度，会使晶体振子的频率发生变化，若不采限局部散热降温措施，难以将tcxo的频率变化量控制在±0.5×10－6以下。但是，tcxo的技术水平的提高并没进入到极限，创新的内容和潜力仍较大。

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