TCXO是如何工作的？

TCXO是如何工作的？   TCXO是一种温度补偿振荡器， 在需要特别高的温度稳定性时使用，这意味着振荡器的频率偏差应在其整个工作温度范围内尽可能小 。

就其基本结构而言，TCXO与没有温度补偿的普通振荡器（XO）非常相似。这两个组件通常都使用AT切割。它们的频率稳定性取决于环境温度，并在 25°C 时达到最佳值。可以使用 3 次多项式函数以简化的方式表示温度和频率偏差之间的这种关系。

该图显示了极端温度条件如何导致普通晶体振荡器出现明显的频率偏差。根据温度和组件，这些偏差最大为 ±100 ppm（百万分之几）。这听起来可能很高，但这种频率稳定性对于许多应用来说绝对足够了。在许多应用中，普通石英振荡器只是产生精确参考频率的最经济的解决方案。

相比之下，尤其是无线领域的应用在频率稳定性方面的要求要高得多。蓝牙、ZigBee 和 Co. 等常见无线电标准都适用于极低的高频信道带宽。在这些条件下，即使是很小的频率偏差也会导致问题。在整个使用寿命和整个工作温度范围内，频率稳定性是最重要的。这正是 TCXO 发挥作用的地方。

TCXO的功能

在TCXO 的帮助下，频率偏差可在 -40°C 至 +85°C 的整个环境或工作温度范围内限制在 ±0.5 ppm。

控制电压发生器

控制电压发生器是TCXO的核心，该电路部分有一个内置温度传感器，用于测量环境温度 。基于此信息，在第一步中使用比较器和预定义的参考电压生成温度电压 。在第二步中，使用函数发生器将其转换为特定的控制电压 (V_C)，其中函数发生器包含多项式函数。

如下图所示，控制电压（红色曲线）显示了多项式函数的形式，旨在抵消蓝色显示的各个石英盘的频率/温度曲线。因此，控制电压补偿了由环境温度变化引起的频率波动。

环境温度和频率偏差（蓝色曲线）之间的关系因石英盘而异。这意味着： 必须为每个单独的 TCXO 单独确定用于生成控制电压（红色曲线）的多项式函数的系数。这种复杂的工艺保证了最高精度，这也是与普通石英振荡器相比价格略高的原因。 

校正电路

这部份电路利用产生的控制电压来校正因温度变化引起的振荡器频率偏差。要准确了解这是如何实现的，有必要看一下以下等式：

因此，振荡器的谐振频率 (fosc) 由两个等效变量决定：晶体的等效电感 (L) 和等效电容 (C)。

电感（L）由石英的自然特性定义。它的值随环境温度而变化，但不受工程师干预的影响。因此，必须通过调整电容 (C) 来补偿电感 (L) 的变化。

这种补偿在专用 IC (ASIC) 内进行，并使用控制电压 和几个变容二极管来实现。后者是允许电控电容的电子半导体元件。简而言之，它将电路第一部分产生的控制电压“转换”为等效电容的相应变化。

因此可以说：如果环境温度升至 25°C 以上，晶体的等效电感 也会增加。同时，为了保证频率稳定，等效电容向下修正了一个互补量。为此，TCXO 使用多个变容二极管和相应的控制电压 ，该控制电压在第一电路部分产生。

振荡电路

除了这些温度补偿电路之外，TCXO 自然还有一个普通的振荡器电路，该振荡器电路经过优化以产生所需的频率。

电压调节器

该电路块是一种保护机制。目的是稳定施加到 TCXO 的外部电压，以防止 TCXO 内的电压波动，例如由工作电压干扰引起的电压波动。

输出缓冲器

这也是一种保护机制。输出缓冲器将晶体振荡器与外部负载变化解耦。因此，输出负载电容的变化不会影响谐振频率的精度。

TCXO典型应用领域

由于极其高的频率稳定性，TCXO 特别适用于无线数据传输应用，例如电信领域。在物联网领域、GPS 等导航应用和众多消费品中，这些组件的需求量也很大。

深圳市晶光华电子有限公司 26年专注提供一站式晶振产品解决方案，产品主要有SMD石英晶振、 车规晶振 、 SMD振荡器等。晶光华始终坚持以品质为基石，品质符合国际IEC和美国ANSI标准。为了满足客户的高标准需求，我司积极整合供应链，真正服务每一位品质客户。