恒溫晶振(OCXO; KO系列) 對溫度穩定性的解決方案采用了恒溫槽技術: 將晶體置于恒溫槽內,通過設置恒溫工作點,使槽體保持恒溫狀態。
傳統的溫度控制方法是通過開關設備來調整溫度,類似于廚房烤箱。OCXO是用電路控制(Oven Control Circuit)溫度。內部恒溫箱(Oven)可以把穩定度控制的非常嚴格。恒溫箱內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內部圖)
當熱敏電阻或其它溫度傳感器設備(Temp Sensor)檢測到溫度變化時,會產生誤差電壓。誤差電壓被反饋到控制電路后,增加或減少功率的輸出。從而實現更高的頻率穩定度。
應用
不同的應用領域有特定的要求,OCXO可以在惡劣環境下不受外界溫度影響,達到穩定的輸出頻率。廣泛應用于精密儀器,遙控遙測通信,雷達,電子對抗,導航等。
對于精密測距,高速目標跟蹤,外層空間通信系統中要求低相噪的晶振。更多有關晶振的應用,前往《晶振應用領域》。
頻率穩定度
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,從而頻率穩定性高。
(圖2:AT切割溫度曲線圖)
SC切割(也叫應力補償切割)可以實現更高的精度,從而擁有更好的噪聲性能,高Q值,低老化率,優異的頻率穩定性。對振蕩電路的不穩定敏感度較低,不易受到熱應力和機械應力的影響。
(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的橫坐標為溫度,縱坐標為頻差。對比可見,在轉折點TP處,SC晶片頻率誤差更小。因此SC有更好的溫度穩定性。
地位
OCXO比時鐘振蕩器,壓控晶振,溫補晶振有更優秀的穩定性和頻率。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:
預熱
OCXO需要較長的預熱時間。隨著運行狀態的穩定,耗電量也會穩定。25℃室溫下開機,SC切割晶體會比最終穩定頻率低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達到穩定工作的狀態。
(圖4:AT/SC切預熱時間)
功耗
OCXO的內部恒溫箱與時鐘振蕩器,壓控振蕩器,和溫補振蕩器相比較,功耗更高,不適合使用電池。OCXO在預熱期間,功率可能達到2~4瓦。當達到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,設定的溫度,隔熱量等。
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原文標題:恒溫晶振--頻率穩定度,預熱時間,功耗
文章出處:【微信號:koan-xtal,微信公眾號:KOAN晶振】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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