恒溫晶振(OCXO; KO系列) 對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了恒溫槽技術(shù): 將晶體置于恒溫槽內(nèi),通過設(shè)置恒溫工作點,使槽體保持恒溫狀態(tài)。
傳統(tǒng)的溫度控制方法是通過開關(guān)設(shè)備來調(diào)整溫度,類似于廚房烤箱。OCXO是用電路控制(Oven Control Circuit)溫度。內(nèi)部恒溫箱(Oven)可以把穩(wěn)定度控制的非常嚴(yán)格。恒溫箱內(nèi)裝有一個石英晶體振蕩器(Oscillator)或者石英晶體諧振器和外圍振蕩電路。
(圖1:OCXO內(nèi)部圖)
當(dāng)熱敏電阻或其它溫度傳感器設(shè)備(Temp Sensor)檢測到溫度變化時,會產(chǎn)生誤差電壓。誤差電壓被反饋到控制電路后,增加或減少功率的輸出。從而實現(xiàn)更高的頻率穩(wěn)定度。
應(yīng)用
不同的應(yīng)用領(lǐng)域有特定的要求,OCXO可以在惡劣環(huán)境下不受外界溫度影響,達(dá)到穩(wěn)定的輸出頻率。廣泛應(yīng)用于精密儀器,遙控遙測通信,雷達(dá),電子對抗,導(dǎo)航等。
對于精密測距,高速目標(biāo)跟蹤,外層空間通信系統(tǒng)中要求低相噪的晶振。更多有關(guān)晶振的應(yīng)用,前往《晶振應(yīng)用領(lǐng)域》。
頻率穩(wěn)定度
石英晶體有多種切割方式,最常見的是AT切。AT切割曲線圖(圖2)有兩個轉(zhuǎn)折點,分別為LTP和UTP。dF/dT值越小,表明隨著溫度變化,頻率的變化越小,從而頻率穩(wěn)定性高。
(圖2:AT切割溫度曲線圖)
SC切割(也叫應(yīng)力補(bǔ)償切割)可以實現(xiàn)更高的精度,從而擁有更好的噪聲性能,高Q值,低老化率,優(yōu)異的頻率穩(wěn)定性。對振蕩電路的不穩(wěn)定敏感度較低,不易受到熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的影響。
(圖3:AT和SC切割的UTP點)
對于OCXO而言,UTP點重要,因為LTP在25℃以下。圖3的橫坐標(biāo)為溫度,縱坐標(biāo)為頻差。對比可見,在轉(zhuǎn)折點TP處,SC晶片頻率誤差更小。因此SC有更好的溫度穩(wěn)定性。
地位
OCXO比時鐘振蕩器,壓控晶振,溫補(bǔ)晶振有更優(yōu)秀的穩(wěn)定性和頻率。OCXO在晶振的頻率控制方面處于頂端。如果對頻率源有更高的要求,則需要選擇原子鐘:
預(yù)熱
OCXO需要較長的預(yù)熱時間。隨著運行狀態(tài)的穩(wěn)定,耗電量也會穩(wěn)定。25℃室溫下開機(jī),SC切割晶體會比最終穩(wěn)定頻率低20ppm,AT切會比最終頻率高60ppm。圖4說明了SC切割晶片比AT切能在較快的時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定工作的狀態(tài)。
(圖4:AT/SC切預(yù)熱時間)
功耗
OCXO的內(nèi)部恒溫箱與時鐘振蕩器,壓控振蕩器,和溫補(bǔ)振蕩器相比較,功耗更高,不適合使用電池。OCXO在預(yù)熱期間,功率可能達(dá)到2~4瓦。當(dāng)達(dá)到25℃時,功耗可能會降低到0.7~1.5瓦。
恒溫箱需要更多的功率去維持設(shè)定的溫度。功率會隨著溫度的升高而降低。影響OCXO的功耗的因素有以下:恒溫箱的尺寸,設(shè)定的溫度,隔熱量等。
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原文標(biāo)題:恒溫晶振--頻率穩(wěn)定度,預(yù)熱時間,功耗
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