难以分清OCXO与TCXO晶振的技术应用
现代化高端产品的设计方案中,少不了一颗TCXO晶振或者OCXO振荡器,前者是温度补偿型的,后者是恒定温度型的,听起来好像差不多,所以很多人分不清楚二者的区别,其实OCXO和TCXO系列的差别很大,读完这篇文章,别再说它们是一样的了。即使因为IC技术提升,OCXO与TCXO的功能相差不是很大,使很多工程师都不知道该用哪种比较好?其作用和技术感觉更模糊了,所以今天金洛鑫电子特意从技术的角度,来进行比较,帮助广大新老客户可以分辨和有效选择对自己产品更有利的振荡器。
本应用笔记中提供的数据来自市售的现成产品。供应商之间的确切数字会有所不同,但总体趋势和近似值应该相似。在选择合适的设备之前要审查的关键问题是频率稳定性的变化以及校准和长期稳定性所需的调整(老化)。作为TCXO,OCXO对这些影响的敏感度只有四分之一。在考虑有源晶振的使用寿命时应考虑到这一点。
OCXO和TCXO晶振技术之间的当前分界线在所需温度范围内约为0.28PPM。TCXO用于Stratum3应用的开发带来了温度范围内稳定性的进步-接近OCXO传统上实现的稳定性。由于这两种技术都可用于应用程序,因此确定哪种技术最适合给定应用程序可能会令人困惑。
下表概述了OCXO和TCXO产品之间需要考虑的差异。通常,当尺寸和功率对应用至关重要时,TCXO是首选。这些往往是手持式或电池供电的设备。就频率稳定性而言,OCXO石英晶体振荡器是一款更强大的产品。这种类型的产品往往更适合通信/网络应用。表A应该有助于指导设计人员为应用选择最合适的技术。
TCXO技术:
VCXO是一种压控晶振,其电压控制引脚具有校正电压。该电压随温度变化,使频率回到标称值。该应用程序在规范的整个频率范围内运行晶体。任何与晶体相关的问题(如耦合模式)都无法校正,并叠加在最终的频率-温度曲线上。这使得晶体的设计和制造成为TCXO的一个难点和关键部分。大多数TCXO都需要电压控制功能。这允许精确设置频率,调整长期老化以及将设备锁相到其他源的能力。该功能VCTCXO(压控温补晶体振荡器)通过调节晶体的负载电容来工作。对于TCXO的严格公差,应考虑这些调整所做的更改。用于调节频率的电容器具有温度系数,并且该温度系数改变电容器的标称值随温度变化。这种变化对晶体的补偿有影响。在精度较低的TCXO晶振中,这通常被忽略,但是当TCXO精度达到并超过0.5ppm时,这些影响不能再被忽略。在典型应用中,需要将单位从0.5-2ppm调整为精确校准。然后,该设备需要调整以实现长期稳定性(老化)。
调整温度补偿晶振进行1.0ppm的校准和3ppm的长期老化可以将补偿改为50-125ppb。当规格接近或低于0.25ppm时,这开始接近补偿限值的50%。在高精度应用中使用TCXO时,这可能是一个重要问题。
下图显示了校准到精确频率的石英晶振的频率-温度数据。然后将频率调整为±4和±8ppm。然后将这些图偏移以进行比较。电容器的这种效应对晶体曲线具有旋转效应,并且改变补偿水平。曲线图显示温度范围越宽:应用越精确,电压控制功能的影响越大。
OCXO技术:
Ovenized Crystal Oscillators(OCXO)通常用于高精度频率应用。这种方法将晶体和相关的振荡器电路加热到晶体的上转折点。下图显示了OCXO晶振应用中使用的上转折点的一部分。
制造这些振荡器的晶体,使得上转折点高于指定的最高温度范围。晶体和相关电路被加热到并保持晶体上该点周围的窄温度窗口,并且该器件在该温度下被调谐到频率。
温度稳定的环境具有一些固有的优点。这种方法大大降低了之前谈到的温度系数效应。上图显示了当EFC改变±4ppm和±8ppm(类似于温补晶振)时OCXO的频率温度特性。数据显示,与TCXO(50-100ppb)相比,OCXO与控制电压变化相关的稳定性在5-10ppb范围内。
OCXO晶振具有在非常窄的温度窗口上运行晶体的额外优势,通常为几度或更低。这大大降低了激发晶体中不需要的模式的机会。这种方法的最大缺点是设备的尺寸和功率要求。随着技术的发展,这些设备的尺寸和功率要求都在不断下降。
除了工艺技术和设计开发不一样,OCXO振荡器和TCXO振荡器的应用范围并不是有很多的区别,基本上都是用于通信设备,网络模块,无线,航空航天,交通系统,导航雷达,控制器,船舶呼叫系统,工业机械和军事设备等高级产品领域。OCXO恒温晶振和TCXO晶体振荡器的外观几乎完全不一样,OCXO的尺寸一般比较大,有9*14mm,25.4*25.4mm,58.2*58.2mm体积的,很少有7.0*5.0mm小尺寸的,有插件型和贴片型的,看上去比较笨重。而TCXO晶振的尺寸要小很多,基本都是SMT,尺寸最大是7.0*5.0mm,型号也不多见,最小的现在已经有1.6*1.2mm了,是已有的振荡器封装里最小的。
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