Опорные кварцевые генераторы с температурной компенсацией ухода частоты TCXO

Кварцевые генераторы с температурной компенсацией ухода частоты позволяют значительно повысить стабильность частоты выходного колебания. Как мы уже обсуждали ранее, для целей устройств связи стабильности частоты 10–5, которую обеспечивают обычные кварцевые генераторы XO недостаточно. В то же самое время температурная зависимость AT-среза кварцевого кристалла хорошо известна. Поэтому в качестве опорных генераторов были разработаны термокомпенсированные кварцевые генераторы TCXO.

Изменение частоты кварцевого генератора с кристаллом AT-среза и компенсирующее напряжение, подаваемое на варикап VCXO, в зависимости от температуры окружаещей среды, приведено на рисунке 1. На этом же рисунке приведено изменение частоты термокомпенсированного кварцевого генератора TCXO.

Компенсирующее напряжение для кварцевого генератора
Рисунок 1. График изменения частоты кварцевого генератора и компенсирующего напряжения

Неточная компенсация частоты объясняется ошибками формирования компенсирующего напряжения. Кроме того, уход частоты при росте температуры и понижении температуры несколько различаются. Кривая обладает гистерезисом. График изменения частоты кварцевого генератора показан на рисунке 2.

Гистерезис графика изменения частоты кварцевого генератора
Рисунок 2. График изменения частоты кварцевого генератора

Простейшие версии TCXO выполняются с применением терморезисторов. Одна из возможных схем кварцевого термокомпенсированного генератора приведена на рисунке 3.

Принципиальная схема опорного термокомпенсированного генератора TCXO
Рисунок 3. Схема кварцевого генератора с температурной компенсацией ухода частоты TCXO

В этой схеме на резисторе R1 и стабилитроне VD1 собран стабилизатор напряжения. Терморезисторы R2 и R5 вместе с обычными резисторами R3 и R4 формируют зависимость напряжения от температуры, приведенную на рисунке 1. Это напряжение подается на варикап VD2 и подстраивает частоту кварцевого генератора под заданное значение. Сам генератор собран по схеме Клаппа на транзисторе VT1. Внутреннее устройство одной из микросхем термокомпенсированного кварцевого генератора приведено на фотографии, показанной на рисунке 4.

Вскрытый корпус опорного генератора TCXO
Рисунок 4. Внутреннее устройство одного из видов кварцевого термокомпенсированного генератора

В современных версиях этих генераторов ставится датчик температуры и микроконтроллер с таблицей зависимости напряжения, которое нужно выдать на варикап VCXO от температуры. В результате можно получить нестабильность по частоте до 0,5×10-6 или 0,5 ppm.

На рисунке 5 приведен примерный вид температурной зависимости генератора TCXO.

Типовая температурная зависимость ухода частоты при температурной компенсации
Рисунок 5. Типовая температурная зависимость ухода частоты при температурной компенсации

Подобные опорные генераторы немного дороже простых кварцевых генераторов, но при этом они размещаются в точно таких же корпусах микросхем, как и обычные кварцевые генераторы XO. Применение TCXO в качестве опорных генераторов позволяет значительно улучшить характеристики аппаратуры связи. А то, что опорный генератор используется только один, вместо нескольких обычных, может даже удешевить гаджет. TCXO широко применяютя в сотовых телефонах и в аппаратуре программно реализованных раций (software radio). Внешний вид корпусов кварцевых генераторов TCXO приведен на рисунке 6.

Внешний вид термокомпенсированного кварцевого генератора Внешний вид опорного генератора TCXO в круглом корпусе
Рисунок 6. Внешний вид опорных кварцевых генераторов с температурной компенсацией

Термокомпенсированные опорные кварцевые генераторы производятся рядом отечественных и иностранных фирм. В качестве примера можно назвать такие микросхемы как ГК121-ТК–HR/5Е-7-А – 10,0 MГц ОАО "Морион", ГК321-ТК-01-С открытого акционерного общества "Пьезо" или TE 300 40M000000 фирмы Racon.

В настоящее время термокомпенсированные кварцевые генераторы все больше размещаются в корпусах поверхностного монтажа. Пример внешнего вида подобного TCXO показан на рисунке 7.

Внешний вид термокомпенсированного кварцевого генератора в SMD корпусе
Рисунок 7. Внешний вид генератора TCXO в SMD корпусе

Внутреннее устройство подобного вида термокомпенсированных кварцевых генераторов может выглядеть так, как показано на рисунке 8.

Внутреннее устройство TCXO в SMD корпусе
Рисунок 8. SMD термокомпенсированный генератор со снятой верхней крышкой

А его чертеж и чертеж посадочного места на печатной плате приведен на рисунке 9.

Чертеж SMD корпуса 5x7 мм
Рисунок 9. Чертеж TCXO в SMD корпусе

Приобрести для эксперимента или для разрабатываемого вами устройства наиболее распространенный вид опорного генератора TCXO на частоту 26 МГц можно здесь

Дата последнего обновления файла 24.03.2018

Литература:

  1. Mark A. Haney Design technique for analog temperature compensation of crystal oscillators, Blacksburg, Virginia, 2001
  2. Application Note Tutorial on TCXOs, Vectron International, url: https://www.vectron.com/products/literature_library/tutorial_on_tcxos.pdf
  3. Сайт фирмы Racon TCXO Overview
  4. Кварцевые генераторы: Термокомпенсированные Официальный сайт фирмы ОАО "Морион"
  5. Кварцевые генераторы Официальный сайт фирмы ОАО Пьезо
  6. Официальный сайт фирмы Silicon Laboratories
  7. Temperature Compensated Crystal Oscillator (TCXO / VCTCXO) Pericom® Semicondactor company
  8. http://www.synergymwave.com (Специализируется на производстве высококачественных ГУН и кварцевых генераторов)

Вместе со статьей "Опорные кварцевые генераторы с температурной компенсацией ухода частоты TCXO" читают:

Особенности кварцевой стабилизации частоты генераторов
http://digteh.ru/WLL/KvGen.php

Опорные генераторы
http://digteh.ru/WLL/XO/

Опорные кварцевые генераторы с микроконтроллерной стабилизацией частоты MCXO
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/mcxo/

Термостатированные кварцевые опорные генераторы
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/ocxo/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 70 научных и научно-методических работ, в том числе 16 книг.

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100