超高精度和稳定时基应用的温补晶振

温补晶振是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种.TCXO的温度补偿方式,温度补偿型石英晶体谐振器,具有精度高等特点.由于TCXO具有较高的频率稳定度,而且体积小,在小电流下能够快速启动,其应用领域重点扩展到移动通信系统.TCXO作为基准振荡器为发送信道提供频率基准,同时作为接收通道的第一级本机振荡器.

传统TCXO方案性能的局限性

TCXO通常作为系统定时的主参考振荡器,用于电信,无线,导航和测试系统.而且,很多要求严格的应用,通常要求参考振荡器在宽温度范围(典型值位-40°C至+85°C)内,具有优于±1.0ppm的稳定度.不幸的是,很多TCXO器件通常会受到机电应力,温度变化和/或有源抖动影响产生频率波动.频率波动将会大大降低整体系统的性能.性能的下降将产生诸如更高的误码率,更短的发送范围或者更易受邻近通道干扰.

以前,需要超高精度性能的系统通常采用高度稳定,但大尺寸并且昂贵的恒温晶振(OCXO).市面上也有其他更高精度的TCXO器件,但通常在整个温度范围和使用寿命(即老化)内的稳定度往往达不到要求.并且,TCXO通常在0°C至+70°C工作温度范围能保证具有优于±1.0ppm的频率稳定度.最后,TCXO的老化参数通常仅基于每年的老化进行补偿,而不针对10年进行补偿.

采用模拟补偿技术消除AT切石英晶振的"固有"有源波动实际上是不可能实现的.采用模拟技术补偿的方法通常需要对晶体进行进一步筛选,从而消除具有有源"抖动"的晶体.这一筛选过程将最终增加TCXO产品方案的成本.相比之下,采用数字补偿并不总是可以为AT切晶振提供可靠的并且所需性能的温度补偿.通常情况下,数字方法会在TCXO输出频率上引入噪声.

数字TCXO在整个工作温度范围内具有超高的精度

SUNNYVALE,CA.2007年推出DS4026数控温度补偿晶体振荡器(DC-TCXO),具有空前的精度.在宽温度范围(-40°C至+85°C)内,DS4026可提供优于±1.0ppm的频率精度和稳定度.在整个10年使用寿命内,该器件的精度优于±4.6ppm,并可提供1kHz偏移下-140dBc/Hz的优异相位噪声性能.其他TCXO都无法实现这样的精度或者使用寿命.

该数字可调TCXO采用专有设计和校准技术,可以使晶体元件在整个工作温度范围内消除机电应力,温度变化以及频率扰动(即“有源抖动”)这一系列因素的影响.系统还采用DSP设计单元,可以在整个温度,电压和特定的信号条件下分别对特定的晶体单元进行编程,以达到期望的精度性能指标.这一数字设计的结果高度可靠,并且在整个温度范围内可以保证十年内具有无与伦比的±1.0ppm的性能.

消除降低TCXO精度的环境因素

在数字TCXO中的温度的步长以及步进并不受控.这就是DS4026创新设计的关键所在.DS4026采用有限的阶跃补偿方法,解决了数字TCXO设计中的噪声难题.该新型方案采用校准程序以及专有的温控晶振装载设计.此设计中各个DS4026器件均通过工厂校准以补偿内嵌晶体的固有温度特性.因此,数控DS4026可实现通常只有模拟TCXO设计才具有的性能.

除了可以提供平滑的模拟补偿曲线外,可编程DSP技术还解决了TCXO有源波动的工业难题.DallasSemiconductor的TCXO产品线业务经理PaulNunn解释道,"DS4026在校准器件的时候可检测到有源抖动.随后器件消除了频率波动对系统整体性能的影响.”

其他系统特性

DS4026数字TCXO还具有很多其他TCXO所没有的独特的功能和特性.包括±3°C精度,可输出读数的温度传感器,16位DSP控制DAC,可实现频率稳定,定时以及校准功能.频率调整以及温度读数通过I2C控制接口实现.DS4026的频率可以以优于1ppb的分辨率进行调整,整个可调范围大于±10ppm.器件工作在3.3V±5%的电源电压下,采用标准的300mil16引脚SO封装.该器件完全兼容RoHS规范,可提供商业级和工业级温度版本.

该TCXO可以支持要求具有超高精度晶振和稳定时基的应用,例如无线基础机构应用,SONET/SDH系统,仪表和测试系统以及GPS导航设备.