实用干货!剖析Wenzel振荡器的调谐范围
　　大多数石英晶体振荡器都提供了机械和/或电气调谐装置,以调节频率以进行锁相或调制或补偿长期漂移.机械调谐通常是通过晶振电路中的单匝或多匝微调电容器或电感器来实现的,该电容器或电感器可通过振荡器外壳上的孔进行访问.
　　大多数Wenzel Associates振荡器都使用变容二极管进行所有调谐,并且机械调谐是通过连接到精密基准电压的精密电位计在内部完成的.我们的测试表明,最优质的微调电位器的机械稳定性和磁滞超过了最高精度微调电容器的稳定性.使用相同的变容二极管以实现高调谐线性的配置完成电调谐.来自电位器的机械调谐电压通过信号隔离网络施加到调谐二极管的阴极,电调谐电压施加到二极管的阳极.电调谐可以以零伏为中心,以便在没有输入的情况下,振荡器恢复到电调谐的中点.
　　作为一种选择,可以将振荡器的内部参考电压引致一个引脚上,以连接到多圈电位计以进行微调.或者,可以将来自单独电源的干净DC施加到电调谐销上.如果可用电源有噪声或不稳定,则可能需要添加一个齐纳二极管或参考设备以及一个低通噪声滤波器.温度补偿齐纳二极管(如1N821)是提供良好温度稳定性和极低噪声的绝佳选择(在大多数情况下),以下所示的22uF滤波电容器可省去.参考设备具有出色的稳定性,但它们通常具有相当高的噪声电压,因此建议进行额外的滤波器.

这里有几点要考虑:
　　●可以提供的调谐范围的数量是晶体频率,切割,泛音和光斑大小(或运动电容)的函数.使用三倍频SC切割谐振器的精密低频振荡器的调谐范围仅为几ppm,而大光点尺寸的AT切割基本晶体可以达到1000ppm.
　　●可以为PLL应用指定电调谐输入的带宽和调谐斜率.
　　●出厂时,烤箱振荡器可能会表现出每天的老化速率,这会很快消耗所有的机械调谐范围.这种快速老化会在烤箱温度下运行几周之内显着降低裂纹.
　　●烤箱振荡器可以使用高精度的"硬"晶体,因为它们在单个温度下运行,并且调谐只能补偿老化,而TCXO温补晶振必须进行足够远的调谐以消除温度影响并补偿老化.
　　●建立了烤箱振荡器的老化模式(通常是身上漂移)后,在校准过程中频率可能会沿相反方向偏移,从而使校准周期时间几乎翻倍.
　　●线性通常指定为相对于调整曲线的直线拟合的总调整偏差的百分比.10%的线性度规格将允许与1KHz调谐范围的振荡器的最佳直线拟合相差100Hz.潜在的问题是,该偏差可能会在范围的一端迅速出现,如下所示.尽管振荡器符合相当严格的线性指标,但在曲线顶部的斜率明显较低.对于调谐斜率会影响环路稳定性的PLL系统,除了线性百分比外,还应指定曲线上所有点的最小和最大调谐斜率.

将精密振荡器与外部基准一起使用:
　　许多采用精密晶体振荡器作为内部频率基准的仪器也都准备接受外部基准,内部或外部的选择可以通过手动投掷一个开关来进行,也可以通过外部参考输入连接器上的信号自动触发.在最简单的情况下,手动开关仅选择要引导至仪器的信号源,并使用适当的电阻器终止未使用的信号源.当内部基准是烤箱振荡器时,通常希望有一个"信号消除"输入以在保持烤箱工作的同时关闭振荡器.当存在外部基准时,TCXO和非补偿振荡器可能会关闭,以避免潜在的干扰.
　　信号杀死输入通常接受普通的TTL电平,但可以轻松配置为自定义开关电平.大多数信号杀死输入均设计为在末连接时浮动至"开"状态,内部RC电路可保护晶振免受可能存在于控制线上有有害电压或干扰RF信号的侵害.下面显示的电路将检测到存在大于1伏pp的外部基准,并产生适合驱动大多数信号杀死输入的逻辑"低".该控制信号还可用于门控仪器电路的外部输入.该电路设计为表现出相当高的输入阻抗,因此在仪器的其他位置假设电缆端接正确.

　　如果期望内部振荡器具有比外部基准更好的短期稳定性,则可能需要将内部振荡器相位锁定到基准.锁定的振荡器将表现出内部晶体振荡器的良好短期稳定性和外部基准的良好长期稳定性.一个简单的一阶环路可以由三态总线设备或模拟开关以及一些其他部件组成.基本概念是利用外部参考信号驱动三态控制,并使内部振荡器信号通过三态门之一,以便参考信号对内部振荡器信号进行采样.三态门的输出经过低通滤波以消除RF频率,并连接到内部振荡器的电调谐.偏置三态控制线,以便在没有外部基准时栅极输出"浮动".当没有外部参考源时,这种高阻抗状态允许调谐线被连接到调谐电位器的高阻值电阻拉动.74HC244具有两组四个三态缓冲器,是一个不错的选择,因为可以使用未使用的四个门来缓冲信号.
　　以下电路使用相同的Wenzel晶振技术,仅使用两个CMOS器件,一个4069十六进制反相器和一个4016或4066模拟开关.频率微调电位器在不存在基准的情况下控制频率.该电路还包括一个LED驱动器,用于指示外部参考信号的存在.组分值不是特别关键,并且最佳值将取决于应用.

　　所示电路是具有最高精度振荡器的一阶环路.例如,一个10MHz的烤箱振荡器调谐灵敏度可能为每伏特1Hz,如果使用15V电源,则相位斜率约为每弧度3伏特.一阶环路的带宽是调谐灵敏度和相位斜率的乘积(1Hz/伏×3伏/弧度=3Hz),该斜率远低于10K和10nF网络的滚降频率.如果振荡器具有更高的调谐灵敏度,则带宽将成比例地更高,并且可能需要二阶响应来减少外部参考噪声.尽管可以添加传统的有损集成运算放大器类型2电路,在没有基准的情况下,有必要采取其他措施来控制频率,因为积分器将趋向于漂移至供电轨之一.
　　在保留自动调谐切换的同时实现二阶响应的另一种方法是添加一个额外的无源滤波器.通过向输出端添加一个100K或更大的串联电阻,可以轻松实现实现这种类型1的二阶环路.现在,将与电容器串联的另一个电阻在输出端接地,以增加额外的滚降.简单地增加10nF电容以获得较低的带宽,但阻尼可能会变得低得无法接受.实际上,如果振荡器具有非常宽的调谐范围,则10nF可能太大而无法提供足够的阻尼.(在大多数参考应用中)
总结:
　　●上面的电路在10MHz的设备频率极限下工作,但15V电源可提供约12V的调谐电压摆幅,而无需放大.HCMOS有源晶振器件将改善高频性能,但较低的5V电源将提供较小的调谐电压范围(低于5V).可以为需要更多调谐电压摆幅的振荡器增加一个放大器.要计算此类系统的带宽,请将放大器增益乘以1.5,以得到放大的相位斜率(5V方波将给出1.5V/弧度的相位斜率),然后乘以振荡器的调谐灵敏度.
　　●参考输入可能需要一个电阻在100nF电容器的参考侧接地,以正确终止输入.
　　●该电路可能用三态门构建,但是如果它们是同相门,则将需要不同的偏置方案.切记偏置外部基准门,以使它们在不存在信号时关闭三态控制.
　　●振荡器调谐输入必须为高阻抗(兆欧),添加一个电压跟随器来驱动较低的阻抗输入.
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