无源的石英晶体是比较常见的频率控制元器件，VCXO晶振虽然不罕见，但是一直以来并没有像Crystal那么普及，因为VCXO的成本高，性能好，适用于中高端的科技多功能产品身上。Voltage controlled crystal oscillator的中文意思是压控晶体振荡器，具有特殊的电压控制功能，有多种不同的应用，其中一种叫做锁相环。为了使VCXO在锁相环的电路板中，可以实现拉动石英晶体，使VCXO的输入的可控制电压，输出的频率可以成正比，实现PLL同步，上下转向，稳定抖动，输出参考频率等目的，因此厂家需要为VCXO Oscillator选择和指定符合的石英晶体。

图1.使用VCXO的基本PLL框图

水晶参数：
VCXO用于PLL应用，如图1所示.VCXO中使用的石英晶体的等效电路如图2所示.C1，L1和R1是晶体的运动参数，C0是并联电容。C0实际上是-它实际上可以用一个简单的电容表来测量。另一方面，运动臂参数是等效的并且不易测量。晶体的频率下降多少取决于C0/C1的比例。

图2.单模，单端口，晶体谐振器等效电路模型

图2的阻抗方程为：

等式1很复杂，我们只对虚部感兴趣，这被称为晶体的反应曲线，如图3所示。在图3中，标记为fs的点是运动电容C1谐振并抵消运动电感L1的位置。在fs校准到所需频率的晶体称为串联晶体。校准的晶体在平行区域工作。重要的是要注意，串联和并联晶体之间没有区别，只有制造商校准它。

图3.晶体的电抗曲线

VCXO电路希望将负载电容（CL）与晶体的端子串联。随着负载电容的变化，晶体将通过改变其频率来响应。这很棘手，并且在许多论文中都是错误的。电容负载始终与晶体串联，绝不平行。换句话说，并联晶体并不意味着与晶体并联的电容器，而是串联的。具有并联晶体的系列中需要负载电容，以使频率在校准容差范围内。如上所述，随着负载电容CL变化，晶体的频率改变。实际上，它改变如下：

点fs，到一定的负载电容CL。等式2的曲线图称为图2.从等式2可以看出，较大的C1是距离特定CL频率的距离越大（拉动越多）。因此，对于VCXO晶振具有大的C1值是有利的。因此，等式2表明CL和C0需要尽可能小以最大化晶体上的拉力。事实证明，C1是C0的函数，C1不能增加C0。选择CL值后，您只需将C0/C1的比率指定为完成的特定最大值。

图4.作为负载电容函数的C1=10fF和C0=5pF的晶体的拉曲线

等式2的更有用的形式是从一个负载电容到另一个负载电容的牵引方程。那个公式是：

公式3的使用将在下面的VCXO设计实例中说明。
VCXO设计实例：
38.88MHz VCXO贴片晶振希望在PLL应用中使用，以同步到必须保持锁定至少10年的输入参考频率。工作温度环境为-10°C至+70°C。已知输入参考电压的总精度为20ppm。假设内部VCXO电路设计为当受控电压（Vc）居中时，标称负载电容（CLN）为14pF，低控制电压和高控制电压分别为8pF和27pF（CLL，CLH）。指定VCXO的所有必要晶振参数。
解决方案：
中心频率：38.88MHz
负载能力：14pF
操作模式:(例如，“基本”或“第三泛音”。）石英晶振有多种响应（见图5）。第一个主要反应叫做基础。下一个主要的反应是第3次泛音，然后是第5次，依此类推;唯一的赔率。晶体没有谐波，只有泛音。图2可以通过为每个泛音响应添加额外的动作臂来扩展。泛音臂的运动电容将等于：

其中N是泛音数，C1是基波的运动电容。
例如，第三泛音运动电容等于基本响应的运动电容的九分之一。因为这个事实，很难拉上泛音水晶。因此，可拉动的晶体是基本的。
电阻：由于晶体是无源元件，因此必须通过Oscillator电路来克服。振荡器电路设计者或芯片制造商有责任做出最大损失。如果你的电路在fs或串联点运行晶体，如图3所示，那么R1的值就是损耗。但是我们为这个例子指定了一个平行而不是一系列晶体，因为我们已经有14pF的负载电容。那么损失是什么，如果它不是R1？在并行区域，损失是CL和C0的函数，由下式给出：

其中E.S.R代表等效串联电阻。用于E.S.R的一个很好的数字是最多50。校准或公差：这是频率精度+25℃的晶体。制作此规格越严格，晶体的成本就越高。由于我们正在跟踪输入参考并且环路始终处于锁定状态，因此校准编号并不重要。最大25ppm的数字就足够了。
分流电容，C0：在现代晶体中，这个数字总是如此最大7pF。或者，它可以与C0/C1的比率相关联。
温度范围内的频率稳定性：晶体会发生变化温度：并且在-10℃至+70℃之间，不产生成本的良好数量为30ppm。
老化：谐振器频率需要随时间变化。一个好的规格是第一年5ppm，之后每年最多2ppm。
动态电容，C1：为了计算运动电容，我们首先需要弄清楚如何去做。最低要求是：
需要最小拉力=（输入参考精度+晶体总误差）其中晶体的总误差=校准+稳定性+老化10年：
=25+30+（5+18）
=78ppm
因此，需要最小的拉力
=20+78
=98ppm
使用公式3并设置C0=7pF，计算C1的值

图5.Crystal的响应。

驱动电平不应过载：
从CLN=14pF到CLL=8pF，最小-98ppm。C1的相同值必须从CLN=14pF拉至+98ppm，至CLH=27pF。与C1=11个FF，我们得到的=-104.8ppm的从14pF到8PF和100.1ppm的从14pF到27皮法的拉力。因此，C1=11fF最小值，C0=7pF最大值将满足所需的最小拉力。给自己一些额外的保证金并指定C1=15fF最小值。
切割水晶:(例如，AT-Cut或BT-Cut）。在水晶上切割到切割水晶毛坯的角度。切割角度主要影响温度性能的稳定性。可拉制晶体由AT-Cut石英制成。BT-Cut晶体的频率较低与AT切割相比，温度稳定性更高。这种BTX切割可用作可拉动的压电石英晶体。因此，请指定AT-Cut。
已经掌握规格的制造商，他们可以帮助选择正确的包装。对于需要在较大包装中的可拉晶体尤其如此。在本例中，我们选择了UM-1包。晶体的RMS功率可以在不破坏或经历过度老化的情况下消散。振荡器电路设计者或芯片制造商应说明驱动电平。封装越小，驱动电平规格越低。对于UM-1封装，500uW最大驱动器级别规格就足够了。在确保晶体不会过载的过程中，应测量驱动电平。
从目前掌握的资料来看，为应用到锁相环的VCXO晶振指定合适的晶体，已是一项比较完善成熟的技术，解决了选型的问题，在这过程中使用了数学和方程学。VCXO Oscillator知名的制造商有爱普生晶振，Crystek晶振，KDS晶振，TXC晶振，加高晶振，CTS晶振，ECS晶振，ABRACON晶振等品牌。

正在载入评论数据...

上一篇：Vectron晶振公司225ºC高温电子模块设计制造技术

下一篇：Quartz Crystal方案的设计选择

此文关键字： VCXO Oscillator 锁相环石英晶体压控晶振设计

姓名：
邮箱：
正文：

贴片晶振

金洛博客

给VCXO选择石英晶体的用处

相关资讯