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如何为通信设备选择温度补偿晶体振荡器

   如何为通信设备选择温度补偿晶体振荡器?我们将晶体振荡器分为温度补偿晶体振荡器、 恒温晶体振荡器、压控晶体振荡器、简单封装晶体振荡器以及频率控制晶体振荡器等几类。而温度补偿晶体振荡器的应用范围从我们身边的移动电话到翱翔太空的人造卫星,无处不见它的身影。它与其他几类晶体振荡器的特性有相近之处,甚至互相交叉。所以怎样在相互关联的性能指标中选择合适的晶体振荡器,就需要好好研究下了。
 首先,在选择一款合适的晶体振荡器之前,需要先确定目标产品的基本需求,这些需求往往是具体而明确的。比如 输出频率从、输出波形、信号电平、电源电压以及封装形式等相关装配要求。
 其次,成本也是促使振荡器“整体性能”趋于平衡、合理的一个重要因素。成本的概念不仅是包含器件本身的价格,还包括稳定度、工作温度范围、晶体老化效应、相位噪声等诸多产品全寿命的使用成本。
 普通振荡器虽然价格低廉,但是使用寿命短、也许在一个产品周期内需要多次更换晶体振荡器,所以耐用的振荡器尽管价格比较高,但是不需要经常更换,从总体上看更为经济实用。
 我们如何为通信设备选择温度补偿晶体振荡器?确定振荡器的稳定度有两种方式,*简单的方法就是根据产品可能发生的情况绘制一副频率容差的图线。频率容差也就是输出频率在各种工作条件下的变化范围。另外一种方法就是规定温度范围和使用寿命。
 工作温度范围也是怎样选择温度补偿晶体振荡器的一项重要指标。过去很长一段时间,工作温度范围这项指标一直都用商业级、工业级和军工级来表示,他们的温度范围分别在(0~70℃、-40~+85℃、-55~+125℃)。通常,在稳定性不变的前提下,工作温度在商业级范围之外每上升或下降5℃,相应单个振荡器的成本就要增加5%~10%。如果按照这个标准,选择工业级的振荡器成本就会上升70%~150%。实际上,工业级规定的标准-40~+85℃往往只是出于设计者的习惯。
 确定振荡器的工作温度范围还有一个重要指标,就是根据某个特定的地理区域制定的。现在厂商一般都会针对不同区域设计不同需求的产品。而生产工作温度范围尽可能宽的通用产品,各方面的成本会随之提高,不利于市场的普及。
下面是通信设备的温度补偿晶体振荡器的稳定度与晶体类型的对应关系。
 
工作温度范围内的稳定度要求
典型应用
振荡器类型
±0.2ppm
电信传输设备的时钟基准
OCXO
±0.2~±0.5 ppm
电信传输设备的stratum3时钟基准
OCXO,带模拟集成电路的TCXO
±0.5~±1.0 ppm
军用无线电设备,E-911蜂窝*****
带模拟集成电路的TCXO
±1.0~±2.5 ppm
移动无线电设备(应急通信设备)
带模拟集成电路的TCXO
±2.5~±10 ppm
移动电话
带电热调节的TCXO
±10~±20 ppm
传真机
TCXO、VCXO、SPXO
>±20 ppm
计算机时钟信号源
SPXO/XO

 从表中可看出,如果要求稳定性由于±0.2ppm,那么就只能选择OCXO,或者可靠当更昂贵的原子钟。如果要求稳定性介于±0.2~±0.5 ppm之间,并且明确规定了温度范围和输出频率,那就可以选择OCXO或专用集成电路进行温度补偿的TCXO。
  晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化。使用10年以上的晶体,其老化速度大约是**年的3倍。我们深圳市晶光华电子可以通过在控制引脚上施加电压来改善这种情况。另外,其他的一些因素,比如电源电压、负载变化、相位噪声和抖动等都影响着振荡器的稳定度。对于一些更高要求的军用品和宇航设备的产品而言,不仅在提出振动、冲击方面有要求,相关压力变化时的容差、受辐射时的容差等要求往往更多。
  振荡器的稳定度要求介于±0.2~±20 ppm之间时,就可以选用温度补偿晶体振荡器了。如果稳定度要求较高,那就用应该选择ASIC即专用集成电路进行温度补偿的TCXO。对于一些稳定要求不是那么严格的办公产品,如传真机之类,工作温度范围通常在0~50℃,就可以选用带电热调节器的TCXO。压控晶体振荡器也可以代替温度补偿晶体振荡器。
 压控晶体振荡器(VCXO)是简单封装晶体振荡器(SPXO)的一种,它可以通过外部来调节输出频率,用来补偿因晶体老化和温度变化引起的频率变化。如果它可以与参考信号保持相位同步,并且外部同步信号中断不影响设备运行,那么就可以用压控晶体振荡器代替温度补偿晶体振荡器。
 
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