當需要比xtal振蕩器更高的精度和穩定性時,使用溫度補償晶體振蕩器TCXO.比XTAL振蕩器更高精密的穩定性TCXO溫度補償晶體振蕩器,溫度補償晶體振蕩器提供了抵消由晶體振蕩器中的溫度變化引起的頻率變化的手段.該模塊被稱為溫度補償晶體振蕩器或TCXO晶振,能夠提供比標準晶體振蕩器更高的性能.通過測量溫度并對VCXO晶體振蕩器施加校正電壓,可以在保持低成本的同時顯著提高性能.通常,許多分銷商都可以提供各種頻率,電源電壓和封裝的TCXO晶振,使開發人員能夠將這些項目設計成許多電子設備.

晶體振蕩器的溫度性能

晶體振蕩器能夠提供比LC諧振器電路提供的更好的性能水平.然而,晶體振蕩器仍受溫度影響.即使AT切割的晶體也會受到溫度的影響,盡管它們的操作已經過優化,可在0到70℃的溫度范圍內使用.

石英晶體諧振器溫度頻率曲線（AT切割晶體）

溫度的影響在很大程度上是可重復和可定義的.因此,可以使用溫度補償石英晶體振蕩器TCXO來補償許多效應.

典型或預期性能水平的典型比較如下表所示：

表格中顯示的是TCXO晶體振蕩器和標準晶體振蕩器可能出現的典型值

注意：這些性能數據非常通用,只能用于粗略的指導.確切數字取決于所使用的項目,這些數據應從制造商數據表中獲得.

TCXO晶振解決方案

TCXO調節振蕩器的頻率以補償由于溫度變化而發生的變化.為實現這一目標,TCXO中的主要元件是壓控晶體振蕩器（VCXO）.它連接到一個檢測溫度的電路,并向振蕩器施加一個小的校正電壓,如下所示.

TCXO框圖

有許多不同的元素構成整體溫控振蕩器：

補償網絡：補償網絡是整個系統運行的關鍵.上面可以看到TCXO溫補晶體振蕩器的溫度頻率響應的近似曲線.實際曲線可以近似以3階多項式表達式的形式表示,盡管更精確的表示考慮了一些非線性并且計算得接近5階多項式.補償網絡需要檢測溫度并產生與此相反的電壓.

早期的設計將使用模擬電路,并且通常直接使用電容器,電阻器和熱敏電阻網絡來直接控制振蕩頻率.這種類型的電路包括補償網絡圖和晶體頻率牽引塊的兩個塊.

TCXO中使用的補償電壓

目前,技術通常采用間接方法,其中在補償網絡中感測溫度,并且產生電壓,該電壓提供與溫度曲線相反的頻率變化.這可以使用模擬組件來實現,但是當前技術通常結合某種形式的數字信號處理以能夠產生更準確的響應,并且可以通過利用特定石英晶體振蕩器的響應對ROM進行編程來單獨線性化單元.DSP電路通常包含在一個特殊的ASIC中,使其能夠根據應用進行定制,而不會消耗太多電流.

振蕩器拉電路：一旦產生電壓,就會將其應用于可以拉動晶體振蕩器頻率的電路.通常,這包括變容二極管和一些低通濾波.

晶體振蕩器：振蕩器電路通常是標準電路,但設計用于為石英晶體提供理想驅動電平等操作條件.

電壓調節器：為了防止外部電壓變化引入不必要的頻率偏移,整個TCXO應該包含一個電壓調節器,它本身不應引入不必要的溫度影響.

緩沖放大器：需要一個緩沖放大器來增加驅動輸出.它應該為晶體振蕩器提供隔離,使其免受可能出現的任何外部負載變化的影響.

此外,TCXO晶振通常具有外部調整功能,可以定期重置頻率.這使得能夠消除晶體老化的影響.校準調整之間的時間段取決于所需的準確度,但通常可以是六個月或一年.如果需要非常高的準確度,可以使用較短的時間段.

TCXO石英晶體振蕩器的應用優勢特點總結如下：

TCXO PPM性能：TCXO溫度性能優于普通石英晶體振蕩器.通常可以看到10到40倍改善的數字.上表中給出了不同溫度范圍的典型數字.在0至70℃的溫度范圍內,優于±1.5ppm的數字難以實現,因為它們屬于成本顯著增加的高精度類別.

功耗：鑒于所需的額外電路,TCXO的功耗將大于普通振蕩器.此外,成本更高.還應該記住,振蕩器啟動后需要一段時間才能使振蕩器穩定下來.取決于設計,這可以是100ms的量級,或者可能更長.

TCXO封裝：TCXO可以提供各種封裝,包括超小型2016晶振,2520溫補晶振,3225晶振,5032以及7050晶振等,具體取決于它們的設計方式和最終用戶的要求.最常見的結構形式是在小型印刷電路板上構建電路,該電路板可以放置在平板金屬封裝中.這適合安裝到整個設備的主電路板上.由于晶體本身是密封的,這意味著整個TCXO封裝的密封并不重要,甚至大多數應用都需要.

輸出格式和電平：由于許多TCXO用于驅動數字電路,大多數小型振蕩器封裝產生所謂的限幅正弦波.這適用于驅動邏輯電路,盡管在許多情況下,通過邏輯緩沖器確保它足夠方形是明智的.輸出通常是開路集電極電路.如果需要正弦波輸出,那么必須在開始時選擇它,這將限制可用的選擇.

電源要求：實際電源要求取決于特定設備.許多電源采用3 V電源供電,可能只需2 mA,但這取決于一般類型,制造商和所選的特定器件.

TCXO晶體振蕩器的類型

盡管通常以這種方式提及溫度補償晶體振蕩器,但偶爾會使用更詳細的描述.這導致了可用于提供溫度補償的各種技術.

ADTCXO：這是一個模擬數字TCXO.這種形式的TCXO晶振已廣泛用于手機中.這使用模擬技術為振蕩器提供溫度校正.它具有以下優點：變化緩慢發生,并且沒有像某些全數字類型那樣經歷相位跳躍.

DCXO：DCXO是一種振蕩器,其中任何校正都由設備內的主處理器計算.通過這種方式,TCXO不是單獨的實體,但是處理結合在整個設備的處理中.這有助于在某些情況下節省成本.

DTCXO：可能猜到,這是一個數字TCXO.它使用溫度傳感器,然后邏輯和數學函數使用數字電路和查找表.使用數模轉換器DAC將得到的數字校正圖轉換為模擬信號.

MCXO：MCXO使用微處理器提供處理,以在各種情況下實現更準確的補償.雖然性能稍好一些,但成本卻高于其他形式的TCXO.

TCXO填補了未補償晶體振蕩器,xtal振蕩器和全烤箱控制晶體振蕩器OCXO晶振之間的空白.通常,TCXO晶振的性能對于許多應用而言將是足夠的,并且成本的一小部分,更小的輪廓和比OCXO更低的功耗.因此,TCXO對于許多電路和系統形成了非常有吸引力的選擇.