盘点振荡器生成精确时钟源的几种设计方案

种巨大变化。因此，此类应用需要在系统中添加额外的补偿元件(参见下文)。

可调谐性造成的不稳定

使振荡器在较宽的频率范围内具有可调谐性会导致不稳定性。为了实现可调谐性，需要采用滤波器消除多余的频率模式。但是，这样会造成可调谐振荡器很难实现更高的频率稳定性，因为负载电抗会受到滤波器中使用的变抗器的杂散电容与电感的影响。

保持电路造成的不稳定

当在晶振中增加外部负载电容器时，电容器与杂散电容的容差会导致实际负载电容偏离所需值。负载电容的这种变化也会造成频率改变。其可从下式求出：

其中，

Cm 是晶振数据表中指定的晶振动生电容;

CS 是晶振数据表中指定的晶振分流电容;

CL_NOM 是晶振数据表中指定的负载电容;

CL 是晶振端子之间的实际电容。

Q因子

Q因子可确定共振器储存的能量(L与C储存的能量)与损失的能量(R中消耗的能量)之比。采用更高Q因子的部分优势如下：

● 采用更高Q因子可以降低相位噪声，因为相位噪声对晶振的Q因子有很强的依赖性。这样可以提高频率稳定性。

● 更高Q因子的另一个优势是缩小带宽。

● Q因子与从激励到衰减的时间成正比。因此，Q因子越高，衰减时间越长。衰减时间与环路增益共同有助于缩短晶振的启动时间。

晶体振荡器的类型

根据用于实现更高精度与准确度的补偿方法，晶振可以分为四类。最常用的晶振包括：

● 无补偿晶体振荡器 - XO

● 电压控制晶体振荡器 - VCXO

● 温度控制晶体振荡器 - TCXO

● 恒温振荡器 - OCXO

补偿晶体振荡器(XO)

如前所述，此类振荡器随温度可出现巨大变化 - 数量级达到±15ppm.对于不需要非常精确的时钟的应用而言，无补偿晶体振荡器是不错的选择。

电压控制晶体振荡器(VCXO)

电压控制晶体振荡器采用晶振非常基本的特性 - 即只有振荡器端子的负载电容(CL)与通常称为CL_NOM的特定值(一般由晶振制造商提供)匹配时才以指定频率共振。例如，如果晶振标为25Mhz与14pF,其意味着只有振荡器端子提供的CL为14pF时它才以25MHz进行误差为0PPM的共振。从式1可以看出CL增高可以降低频率的PPM误差。如果CL > CL_NOM,则ppm变成-ve,其意味着晶振将以低于中心频率的频率共振。而CL

晶体振荡器的这种特性在VCXO中得以实现，其需要在非常小的范围内准确跟踪频率，比如用于数字机顶盒、DTV等。VCXO采用连接到其输入端子的附加变容二极管(或者在振荡器端子改变CL的任何其它手段，如：有时候采用数字控制的电容阵列)。此二极管以反向偏置模式连接，而且在其之上施加外部电压。由于变容二极管的特性，其电容随施加的电压产生变化(即：随反向偏置电压的增高而降低)，而振荡器输入端的CL也同样如此。因此，我们可以通过改变二极管上的电压来控制振荡的频率并且对电路进行微调。在实际应用中，可以通过对比输出频率和预期频率而生成误差电压。

温度控制振荡器(TCXO)

TCXO的工作原理与VCXO相同 - 当晶振串联电抗组件(电容器或电感器)时可以改变振荡的频率(参见图3 -fs与fp之间的区域)。TCXO采用温度传感器测量温度并且为变容二极管提供一个纠正信号，以补偿频率中的变化。

图4: TCXO的方框图

图4显示了TCXO的方框图。采用此方法可以达到0.1ppm的精度。

恒温振荡器

在这种构造中，晶振和其它温度敏感组件都放置于一个温度控制室(恒温箱)，其调节到晶振的频率/温度斜率为0的温度。这样，振荡器就能够在温度方面获得最高的稳定性，数量级可达0.001ppm.