如何選擇壓控晶體振蕩器？

有源石英晶體振蕩器分為普通振蕩器，溫補(bǔ)振蕩器TCXO，壓控振蕩器VCXO，恒溫振蕩器OCXO等等，從使用數(shù)量來(lái)看普通振蕩器和溫補(bǔ)振蕩器最多，一個(gè)代表通用型，一個(gè)代表頻率高精度型；而壓控和恒溫市場(chǎng)需求相對(duì)較少，但是從選型難易程度看，恒溫雖然代表著更高的技術(shù)要求，很多指標(biāo)要求從設(shè)計(jì)上已經(jīng)達(dá)到最好，所以在選擇上相對(duì)簡(jiǎn)單，而壓控晶振它牽涉到更多的性能指標(biāo)，不同性能指標(biāo)其用法及成本均有很大的差異，所以在這里對(duì)壓控晶振的選型做相關(guān)的介紹 。

壓控晶體振蕩器縮寫(xiě)為VCXO，其工作原理為通過(guò)紅外加控制電壓石英晶體振蕩器使振蕩頻率可變。VCXO主要由石英諧振器、變?nèi)?a target="_blank">二極管和振蕩電路組成，其工作原理是通過(guò)控制電壓來(lái)改變變?nèi)荻O管的電容，從而“牽引”石英諧振器的頻率，以達(dá)到頻率調(diào)制的目的。VCXO大多用于鎖相技術(shù)、頻率負(fù)反饋系統(tǒng)及頻率調(diào)制，已是通信機(jī)、移動(dòng)電話(huà)、尋呼機(jī)、全球定位系統(tǒng)（GPS）等眾多電子應(yīng)用系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵部件。

VCXO允許頻率控制的范圍比較寬，牽其引度一般為±35～±50ppm，實(shí)際可達(dá)±200 ppm。隨著現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)向高頻、寬帶、便攜式方向發(fā)展，要求VCXO具有高頻、高性能、頻率范圍寬、線(xiàn)性度好、頻率穩(wěn)定度優(yōu)、頻率牽引誤差小、噪聲低和封裝尺寸小等特性。VCXO技術(shù)規(guī)范中列有多項(xiàng)性能參數(shù)，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)的，某些參數(shù)的高指標(biāo)可能會(huì)限制其它參數(shù)的指標(biāo)。比如：如果要求VCXO有較大的牽引度，則它在工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度就較差；反之，如果對(duì)頻率穩(wěn)定度要求高，就很難得到較大的牽引度。因此，正確了解VCXO的技術(shù)規(guī)范和使用要求，對(duì)于在設(shè)計(jì)上用好這種器件是很關(guān)鍵的。下面我們將介紹VCXO電參數(shù)的特點(diǎn)和選用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

第一、要弄清楚具體應(yīng)用場(chǎng)合是需要VCXO，還是一般的振蕩器。當(dāng)設(shè)計(jì)人員希望通過(guò)外加控制電壓來(lái)對(duì)振蕩器的頻率作小范圍的調(diào)諧時(shí)，就應(yīng)選用VCXO器件。

第二、 頻率穩(wěn)定度要求：VCXO振蕩頻率在工作溫度內(nèi)是穩(wěn)定的。當(dāng)我們對(duì)VCXO進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，振蕩頻率會(huì)發(fā)生改變；但偏離標(biāo)稱(chēng)頻率的各個(gè)頻率值在工作溫度范圍內(nèi)同樣是穩(wěn)定的。但是對(duì)于一個(gè)給定的頻率而言，頻率穩(wěn)定度要求越高，要得到大范圍的牽引度就越困難。采用全硅MEMS不能獲得良好的頻率穩(wěn)定度。這是因?yàn)楣璐嬖陬潉?dòng)噪聲和相位噪聲所致。VCXO采用了石英晶體，頻率異常穩(wěn)定，是目前最好的頻率控制器件。

第三、 電壓調(diào)諧與頻率變化的關(guān)系：VCXO的頻率偏移值同加在其調(diào)諧電路上的控制電壓的大小有關(guān)。VCXO標(biāo)稱(chēng)頻率對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電壓規(guī)定為VCC（電源電壓）的一半。VCC為5V的VCXO，控制電壓為2.5V時(shí)就產(chǎn)生中心頻率?？刂齐妷簽椋?.5～4.5）V的VCXO，其頻率變化曲線(xiàn)的斜率為正。也就是說(shuō)，當(dāng)控制電壓從2.5V上升為4.5V時(shí)，振蕩器的頻率將增大；當(dāng)控制電壓從2.5V降為0.5V時(shí)，振蕩器的頻率將減小。

第四、相位噪聲和調(diào)制：一切振蕩器都有一些振幅調(diào)制噪聲和相位調(diào)制噪聲。VCXO的相位噪聲要受振蕩器電路結(jié)構(gòu)和石英晶體的影響。VCXO電源的瞬態(tài)過(guò)程或波紋產(chǎn)生的調(diào)制還會(huì)使它的相位噪聲性能惡化。相位噪聲是根據(jù)頻率相對(duì)于中心頻率的偏移量來(lái)界定的，用單位dBc/Hz表示。鎖相環(huán)電路使用的大多數(shù)VCXO器件必須具有良好的相位噪聲特性。如果應(yīng)用上對(duì)相應(yīng)噪聲有嚴(yán)格要求，選用VCXO時(shí)就一定要規(guī)定相位噪聲允許的范圍。

第五、線(xiàn)性度：VCXO振蕩頻率隨控制電壓變化的函數(shù)關(guān)系是非線(xiàn)性的。設(shè)計(jì)優(yōu)良的VCXO，其頻率與控制電 壓的函數(shù)曲線(xiàn)接近直線(xiàn)，偏離直線(xiàn)的范圍控制在10％以?xún)?nèi)。一般來(lái)說(shuō)，VCXO的牽引度越大，它的線(xiàn)性度就越差。

第六、絕對(duì)牽引范圍與標(biāo)稱(chēng)振蕩頻率偏移的關(guān)系。在工業(yè)上，定義VCXO牽引度的方法有兩種：一種方法叫做絕對(duì)牽引范圍（APR）。這種方法定義的牽引度考慮了VCXO各相關(guān)因素產(chǎn)生的所有頻率變化，因而給出的是總的牽引范圍。簡(jiǎn)言之，APR定義的牽引度等于VCXO相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)振蕩頻率的頻移同穩(wěn)定性、電壓變化、負(fù)載變化和老化特性等因素引起的頻率變化之和。定義VCXO牽引度的第二種方法僅僅考慮相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)振蕩頻率的頻率偏移。這種方法就沒(méi)有考慮總體穩(wěn)定性或老化特性的影響。所以我們?cè)诖_定牽引范圍時(shí)，必須要指定清楚。

第七、 價(jià)格因素： VCXO采用基頻晶體來(lái)獲得要求的牽引度值。當(dāng)頻率超過(guò)30MHz后，基頻晶片制造難度加大，隨著頻率的增加，晶體變得越來(lái)越薄，制造過(guò)程中的操作也更加困難。所以工作頻率選擇越高價(jià)格也就越高。

第八、 工作電壓：工作電壓的越低，控制電壓值也將越小，所以較低的控制電壓很難獲得大范圍的牽引度。

第九、 輸出模式： VCXO可提供多種輸出模式，如TTL、CMOS、PECL、LVDS等輸出，所以選型時(shí)一定要說(shuō)明白輸出方式。