什么是溫補(bǔ)振蕩器

TCXO溫補(bǔ)晶振是通過(guò)其附加的溫度補(bǔ)償電路使周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。它的溫度補(bǔ)償?shù)脑砟鼐褪峭ㄟ^(guò)改變振蕩回路中的負(fù)載電容，使其隨溫度變化來(lái)補(bǔ)償諧振器由于環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的頻率漂移。

晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。

其對(duì)溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了一些溫度補(bǔ)償手段，主要原理是通過(guò)感應(yīng)環(huán)境溫度，將溫度信息做適當(dāng)變換后控制晶振的輸出頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出頻率的效果。傳統(tǒng)的 TCXO是采用模擬器件進(jìn)行補(bǔ)償，隨著補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，很多數(shù)字化補(bǔ)償大TCXO開(kāi)始出現(xiàn)，這種數(shù)字化補(bǔ)償?shù)腡CXO又叫DTCXO，用單片機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)我們稱之為MCXO，由于采用了數(shù)字化技術(shù)，這一類型的晶振再溫度特性上達(dá)到了很高的精度，并且能夠適應(yīng)更寬的工作溫度范圍，主要應(yīng)用于領(lǐng)域和使用環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。

晶體振蕩器頻率控制方法

振蕩器可通過(guò)直接牽引頻率或使用高分辨率鎖相環(huán)調(diào)整頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率控制。直接牽引頻率的 VCXO用調(diào)整變?nèi)荻O管電壓來(lái)改變諧振電路電容，而直接牽引頻率的DCXO通過(guò)可編程開(kāi)關(guān)切換不同的諧振電容。使用石英晶體諧振器的VCXO直接牽引頻 率調(diào)整可以保持低相位噪聲，但牽引范圍被限制在約±200ppm。當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用需要更寬的頻率牽引范圍和與晶體振蕩器相近的低噪聲特性時(shí)，用戶更傾向于選擇 基于鎖相環(huán)的MEMS控制振蕩器架構(gòu)，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁└哌_(dá)±1600ppm的牽引范圍。

溫補(bǔ)振蕩器工作的原理

首先了解晶體的數(shù)學(xué)模型,用負(fù)阻的方法分析了石英晶體振蕩器的起振原理以及補(bǔ)償方法,設(shè)計(jì)了數(shù)字電容陣列可調(diào)頻率晶體振蕩電路,實(shí)現(xiàn)了頻率簡(jiǎn)單可控.帶隙測(cè)溫電路采用了LDO供電和cascode結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了輸出溫度電壓具有高抑制比和準(zhǔn)確性.模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采用了12位逐次逼近型電路,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度適中.LDO為測(cè)溫電路提供了穩(wěn)定的工作電源保證了輸出信號(hào)的穩(wěn)定,通過(guò)間斷性地工作實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的低功耗. 隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展,上述的各種電路都可以集成在一塊芯片里面.本文基于集成電路設(shè)計(jì)工具Cadence的軟件環(huán)境,和SMIC的0.35um工藝,設(shè)計(jì)了以上電路,并得到了結(jié)果,驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性.

什么叫溫補(bǔ)振蕩器的滯變效應(yīng)和微擾效應(yīng)

滯變效應(yīng)（完整溫度循環(huán)）[3]在一個(gè)完整的穩(wěn)態(tài)環(huán)境溫度測(cè)試循環(huán)中觀察到的,溫補(bǔ)晶體振蕩器頻率溫度特性不可重復(fù)的一種熱致效應(yīng)（指標(biāo)多為≤±0.1ppm～≤±0.6ppm）。滯變效應(yīng)較為簡(jiǎn)單的計(jì)算方法是只計(jì)算一個(gè)完整穩(wěn)態(tài)環(huán)境溫度測(cè)試循環(huán)前后 25℃時(shí)輸出頻率的差值。

微擾效應(yīng)：主要是由于晶體諧振器制造缺陷造成的,溫補(bǔ)晶體振蕩器輸出頻率圍繞其光滑頻率溫度特性曲線存在跳點(diǎn)的效應(yīng)（指標(biāo)多為≤±0.1ppm～≤±1.0ppm）。微擾效應(yīng)一般不做100％參數(shù)測(cè)試,廠家通常采用另外一種有效的方法,即通過(guò)篩選微擾效應(yīng)小的晶體揩振器來(lái)做到設(shè)計(jì)參數(shù)的保證。