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壓控晶體振蕩器
日期：2025-11-11 17:55
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摘要：
壓控晶振的工作原理主要是通過(guò)控制電壓來(lái)改變變?nèi)荻O管的電容，牽引石英晶體諧振器的頻率，從而達(dá)到調(diào)制頻率的目的。壓控晶體振蕩器的構(gòu)成主要是石英晶體諧振器、振蕩電路以及變?nèi)荻O管組成。
壓控晶體振蕩器一般用于鎖相技術(shù)、頻率負(fù)反饋調(diào)制的目的。在各種通訊通信裝置上已是廣泛地應(yīng)用。如手機(jī)晶振使用、具有定位系統(tǒng)的導(dǎo)航儀（GPS）晶振、電話機(jī)晶振等。它已成為相關(guān)電子產(chǎn)品必不可少的關(guān)鍵元器件。
相位噪聲和調(diào)制
相位調(diào)制噪聲和振幅調(diào)制噪聲這兩種噪聲是所有振蕩器都必須具備的。石英晶體振蕩器的電路結(jié)構(gòu)和石英晶體影響著壓控晶體振蕩器的相位噪聲。相位噪聲（dBc/Hz）是根據(jù)頻率相對(duì)于中心頻率的偏移量來(lái)界定的。由相位噪聲頻率在既定帶寬內(nèi)得出的積分可以測(cè)算出相位噪聲的均方根值。壓控晶體振蕩器的瞬態(tài)過(guò)程以及產(chǎn)生波紋的調(diào)制還會(huì)使VCXO的相位噪聲性能惡化?，F(xiàn)在使用鎖相環(huán)電路技術(shù)使大多數(shù)壓控晶體振蕩器需要具備良好的相位噪聲特性。只有在對(duì)相位噪聲有特殊要求的電子產(chǎn)品，才能在選用壓控晶體振蕩器時(shí)嚴(yán)格按照要求制定相應(yīng)的噪聲。
線性度
品質(zhì)優(yōu)良的壓控晶振，它的頻率和控制電壓的函數(shù)曲線更接近直線，一般直線的范圍控制在±10%以內(nèi)。壓控晶振的振蕩頻率隨著控制電壓變化的函數(shù)呈非線性。在大多數(shù)情況下，壓控晶體振蕩器受的牽引度越大，VCXO的線性度就更差。大部分VCXO的控制電壓和振蕩頻率的函數(shù)曲線都是單調(diào)而且具有正斜率。所以，牽引度是由控制電壓的變化而產(chǎn)生相應(yīng)變化的。
控制電壓端口的輸入阻抗和調(diào)制帶寬
由于壓控晶振的體積空間過(guò)于狹小，所以生產(chǎn)時(shí)不能在壓控晶體振蕩器輸入端口采取充分的濾波措施來(lái)改進(jìn)VCXO的調(diào)制帶寬和噪聲性能。當(dāng)以10KHZ的速率進(jìn)行調(diào)制時(shí)，壓控晶振的控制電壓端口的輸入阻抗通常在50KΩ以上。當(dāng)調(diào)制頻率超過(guò)了20KHZ，壓控晶體振蕩器的輸出信號(hào)中可能會(huì)出現(xiàn)寄生響應(yīng)。
**牽引范圍和標(biāo)稱振蕩頻率偏移的關(guān)系
在工業(yè)使用中，壓控晶體振蕩器牽引方式可以有兩種方法來(lái)定義：其中一種叫**牽引范圍（APR），另外一種是僅考慮相對(duì)于標(biāo)稱振蕩頻率的頻率偏移。**種方法的牽引度考慮了壓控晶振的內(nèi)部相關(guān)因素產(chǎn)生的所有頻率變化，，而**種方法就沒(méi)有考慮老化特性和總體穩(wěn)定性的影響。由APR定義的牽引度由電壓變化、老化特性、負(fù)載變化和相對(duì)于標(biāo)稱振蕩頻率的頻移同穩(wěn)定性等因素引起的頻率變化之和。當(dāng)一個(gè)APR為±100×10-6的壓控晶振，它所追蹤的源信號(hào)在各種規(guī)定的工作條件下具有的*大頻率偏移將為±100×10-6。。
頻率和價(jià)格的關(guān)系
壓控晶振一般在30MHz以下的頻率都會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)原形晶體設(shè)計(jì)。大于30MHz的頻率，標(biāo)準(zhǔn)基模晶體就很難制造。30MHz以上的頻率基模采取反向臺(tái)面晶體。因?yàn)?，隨著頻率的增加，晶體會(huì)更加薄，導(dǎo)致制作過(guò)程的操作更加困難。因?yàn)榉聪蚺_(tái)面晶體在加工技術(shù)上比傳統(tǒng)的制作工業(yè)更加復(fù)雜，所以反向臺(tái)面頻率的壓控晶振加工損耗更大。由于采用臺(tái)面晶體的制作的高頻率壓控晶體振蕩器（VCXO）工藝更加復(fù)雜，所以30MHz以上的高頻率壓控晶振價(jià)格更高。
壓控晶振可提供多種集成電路要求的多種輸出模式。具體的輸出模式要根據(jù)設(shè)計(jì)人員需求的實(shí)際要求，如TTL、ECL、CMOS等集中輸出模式都可以選擇。
壓控晶體振蕩器的工作電壓誤差通常隨同器件的*大電流或額定電流一起同時(shí)規(guī)定。電源電壓越降低，控制電壓值也隨之減小。
波形要求
現(xiàn)有的VCXO可滿足TTL、ECL、CMOS等集成電路的波形參數(shù)要求。還對(duì)上升時(shí)間、下降時(shí)間、邏輯電平、對(duì)稱性等波形參數(shù)作了規(guī)定。當(dāng)對(duì)上升、下降時(shí)間和對(duì)成型有十分嚴(yán)格的要求時(shí)，要注意基準(zhǔn)電平的高低和負(fù)載的大小。以免造成參數(shù)偏差導(dǎo)致?lián)p失。
壓控晶體振蕩器的選型
首先，設(shè)計(jì)師要懂得根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇壓控晶振。當(dāng)需要通過(guò)外加控制電壓來(lái)對(duì)振蕩器的頻率做小范圍的諧調(diào)時(shí)，那就應(yīng)該選擇壓控晶振器件。我們稱振蕩器諧調(diào)（Pullability），即牽引度。壓控晶體振蕩器的牽引度的經(jīng)典典型值是±50×10－6～±200×10－6，如果設(shè)計(jì)員要得到這種范圍的牽引度，外觀設(shè)計(jì)上必須采用大尺寸晶體（直接0.25’’～0.35’’。想得到大范圍的牽引度，VCXO的晶體應(yīng)該是基模晶體。
石英晶體壓控晶體振蕩器，其振蕩頻率在工作溫度內(nèi)是穩(wěn)定的。如果需要對(duì)壓控晶振進(jìn)行調(diào)諧，振蕩頻率會(huì)發(fā)生改變。但偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率的個(gè)個(gè)頻率值在工作溫度范圍內(nèi)同樣是穩(wěn)定的。如果給定一個(gè)頻率時(shí)，頻率的穩(wěn)定度越高，得到大范圍的牽引度就越困難。如果出現(xiàn)牽引困難時(shí)，可采用硅解決方案。因?yàn)楣璧念潉?dòng)噪聲和相位噪聲所致。目前，市場(chǎng)上所出現(xiàn)的壓控晶振都采用了石英晶體，頻率相當(dāng)穩(wěn)定。它也是目前為止*優(yōu)良的一款頻率控制器件。
壓控晶振（VCXO）的發(fā)展
隨著現(xiàn)代化無(wú)線通信、電子產(chǎn)品設(shè)備愈趨向便攜式發(fā)展，對(duì)壓控晶體振蕩器的要求也越來(lái)越高。目前，深圳市晶光華電子有限公司提供的壓控晶體振蕩器能夠達(dá)到高頻、高性能、頻率范圍寬、頻率穩(wěn)定、牽引誤差小、線性度好、噪聲低和封裝尺寸小等產(chǎn)品特性。極大限度地滿足了眾多客戶的需求。我們將再接再厲，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)更高水平的產(chǎn)品來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。
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