分析改進(jìn)高頻寬壓控晶振頻率溫度穩(wěn)定性的辦法

李 寧，宗佳磊

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，石家莊 050000）

1 引言

晶體振蕩器被廣泛用作各種儀器和設(shè)備中作為高度穩(wěn)定的頻率源。其中，壓控晶體振蕩器因?yàn)槠漕l率具有可調(diào)的特征，已經(jīng)成為各種接收機(jī)與應(yīng)答機(jī)中重要的元器部件。這些元器件容易受接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)形成的普勒頻移影響以及長時(shí)間工作下下晶體容易老化，因此通常都會(huì)限制電壓控制晶體振蕩器的電壓控制范圍相對較寬，另外為了更加適應(yīng)室外以及其他的各種環(huán)境，也需要保持良好的溫頻穩(wěn)定性在寬溫度范圍之內(nèi)。石英諧振器與振蕩電路的溫度特性是影響壓控晶體振蕩器頻頻溫穩(wěn)定性的重要原因。對于高頻寬壓控晶體振蕩器，相對于石英諧振器的溫度頻率特性，晶體振蕩器的溫度頻率特性經(jīng)常出現(xiàn)偏移和惡化。如果在應(yīng)答機(jī)中使用晶振，應(yīng)答器在寬溫下其信號(hào)的搜索范圍會(huì)降低，而且會(huì)影響其使用性能的發(fā)揮。本文從分析影響寬壓控晶振溫度穩(wěn)定性的相關(guān)因素為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上探討了一些可行的改進(jìn)措施。

2 溫頻特性影響因素分析

（1）壓控晶振溫頻特性

石英諧振器與振蕩電路的溫頻特性這兩部分構(gòu)成了壓控晶振的溫頻特性。其中，石英諧振器作為晶振的重要元件，其對于一定的切型、切角及頻溫都有相應(yīng)的特性。另外，關(guān)于AT切石英諧振器的溫頻特性屬于一種三次函數(shù)：f=f0+a0（T-T0）+b0（T-T0）2+c0（T-T0）3，式中，a0，b0，c0為參考溫度下的一、二、三級(jí)溫度系數(shù)；T0為參考溫度。

（2）壓控晶體振蕩器的原理

AT切石英諧振器通常用于壓控晶體振蕩器。通過在振蕩電路中加入一個(gè)可調(diào)元件，振蕩頻率可以通過電壓控制進(jìn)行調(diào)整。變?nèi)荻O管是一個(gè)元件，通常作為可調(diào)元件，由施加電壓的變化來改變電容，通過改變變?nèi)荻O管兩端的電壓，改變石英諧振器的負(fù)載電容，最終改變諧振電路的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)電壓的控制。當(dāng)電壓控制要求的范圍相對較大時(shí)，相應(yīng)的必須增設(shè)頻率擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到改變諧振電路阻抗-頻率特性的效果。另外振蕩電路中其他元器件也會(huì)產(chǎn)生干擾，致使晶振的溫頻特性會(huì)隨著石英諧振器的頻溫特性變化而改變，而且高低溫反轉(zhuǎn)點(diǎn)都產(chǎn)生了一定的偏移，翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的頻率差也發(fā)生了變化。在正常情況下，電路中元器件間的頻率-溫度特性的影響都會(huì)比較小，因此晶振的電壓控制范圍過寬時(shí)就會(huì)使振蕩電路中的各部件的溫頻率特性的影響變大。另外為了保障諧振電路正常運(yùn)行，通常都會(huì)采用相對較大的激勵(lì)功率，這就會(huì)造成晶體振蕩器的溫度特性一定影響。對于高頻壓控晶體振蕩器而言，這種現(xiàn)象會(huì)更加的明顯。盡管可以通過控制溫度或者升溫來提高壓控晶振的溫頻特性，但與此同時(shí)也會(huì)使電路功耗和復(fù)雜度顯著增加。所以，為了提高高頻壓控晶振的溫度-頻率特性，就必須采取其它更加便捷、有效的措施來減少振蕩電路的影響。

3 改善壓控晶振溫頻特性的措施

（1）選擇合理的壓控范圍

通?？梢酝ㄟ^犧牲諧振回路的品質(zhì)因數(shù)來保障壓控晶振的頻寬。當(dāng)處于不同的壓控范圍或者壓控范圍相對較大時(shí)，處于振蕩電路中的元器件對晶振溫頻特性產(chǎn)生的影響也會(huì)明顯不同。例如，將104.2MHz的壓控晶振分別設(shè)置在±37 ×10-6和±48×10-6的壓控范圍下，其相對溫頻曲線的中心值會(huì)產(chǎn)生平移引起振蕩電路溫頻特性產(chǎn)生相應(yīng)的變化。從中可以看到，相對于石英諧振器，在不同的壓控范圍下時(shí)，壓控晶振溫頻曲線上的高低溫翻轉(zhuǎn)點(diǎn)會(huì)發(fā)生一定的變化。與此同時(shí)晶振與振蕩電路的溫頻特性也會(huì)產(chǎn)生明顯的差異，可通過縮小振蕩電路的壓控范圍來實(shí)現(xiàn)改善晶振溫頻特性的目標(biāo)。所以，結(jié)合實(shí)際需求，選擇合理的壓控范圍，科學(xué)合理地對頻率展寬網(wǎng)絡(luò)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，另外需要注意不要過分展寬，那樣會(huì)惡化晶振溫頻特性。

（2）激勵(lì)功率的設(shè)置要合理

假如石英諧振器的激勵(lì)過大，則晶振頻率的穩(wěn)定性就會(huì)降低。事實(shí)上，石英諧振器的頻溫曲線從理論上來看并不是一個(gè)理想三次曲線，而且跳點(diǎn)情況經(jīng)常發(fā)生，同時(shí)跳點(diǎn)的幅度會(huì)隨著激勵(lì)的增大而增大，位置也會(huì)隨之改變從而造成晶體溫頻曲線產(chǎn)生明顯的變形。除此之外，過度的激勵(lì)對于振蕩電路而言也會(huì)給電路中其他一些元件造成一定的影響，最終造成晶振的溫度頻率穩(wěn)定性進(jìn)一步的降低。

4 結(jié)束語

綜上所述，過度的激勵(lì)和過寬的壓控范圍都會(huì)降低高頻壓控晶振的溫頻穩(wěn)定性。在這方面，在不使用相對復(fù)雜的溫度控制措施的狀態(tài)下，通過合理的控制振蕩電路的壓控范圍及石英諧振器的激勵(lì)功率可以提高晶體的溫度-頻率特性。最后，實(shí)際驗(yàn)證充分說明了該辦法可以在較寬的溫度范圍內(nèi)有效提高高頻寬壓控晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度，實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定一致的目標(biāo)，它也符合整機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

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