Кварцевые генераторы с микроконтроллерной компенсацией температурного ухода частоты MCXO являются одним из подвидов опорных генераторов с температурной компенсацией TCXO. В кварцевых генераторах стабильность частоты зависит не только от температуры. Частота кварцевого резонатора меняется после удара, очередного включения генератора, вибрации и т.д. Кроме того, в TCXO температурная зависимость резонансной частоты обладает гистерезисом. Все эти факторы не позволяют получить нестабильность частоты лучше 0,5 ppm. Пример изменения частоты кварцевого генератора с течением времени приведен на рисунке 1.
Рисунок 1. Изменение частоты кварцевого генератора при воздействии на него различных факторов
Микроконтроллер позволяет учесть большинство из указанных факторов, влияющих на частоту кварцевого генератора.
Одним из факторов, которые не позволяют осуществить точную компенсацию ухода частоты является то, что измеряется температура не кварцевого кристалла, а объема внутри микросхемы кварцевого генератора. В 1982 году был открыт процесс, позволяющий измерять температуру непосредственно кварцевого кристалла. Выяснилось, что частота основного колебания кварцевого резонатора и частота его третьей гармоники при изменении температуры отличаются. График изменения разностной частоты этих колебаний представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. Температурная зависимость ухода разностной частоты кварцевого кристалла
Эту частоту можно измерить обычным цифровым счетчиком и использовать для коррекции частоты. Структурная схема кварцевого генератора с микроконтроллерной компенсацией частоты приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема кварцевого генератора MCXO
На данной схеме разностная частота выделяется на выходе смесителя частот и поступает на цифровой счетчик, который определяет температуру кристалла. Микроконтроллер вычисляет необходимое смещение частоты и подает на вход микросхемы прямого цифрового синтеза DDS необходимый код частоты. Частоту с выхода DDS уже можно использовать в качестве выходной, однако для окончательной очистки выходного колебания от нежелательных спектральных компонент применяется схема фазовой автоподстройки частоты, в составе которой применяется кварцевый генератор с подстройкой напряжением VCXO или высококачественный ГУН. Он подстраивается под частоту DDS.
Кварцевые опорные генераторы MCXO позволяют получить стабильность частоты до 2×10–8, что соизмеримо с стабильностью термостабилизированных генераторов OCXO. При этом стоимость, потребляемая энергия и габариты MCXO значительно меньше аналогичных параметров кварцевых термостатированных генераторов OCXO.
