TCXO技术与应用进展

温度补偿晶体振荡器（TCXO）是一种有源晶振，它利用附加的温度补偿电路减少因周围温度变化引起的振荡频率变化。

1.在TCXO中，目前采用的温度补偿策略是为了校正石英晶体振子因温度变化而产生的频率漂移,主要有直接补偿和间接补偿两种类型：

（1）直接补偿型

直接补偿型TCXO的直接补偿类型。是通过由热敏电阻和阻容元件构成的补偿电路来实现的，振荡器中的石英晶体振子是与补偿电路串联配置的。在温度变化时，热敏电阻的电阻值和晶体的等效串联电容值会相应地发生改变，因此，可以中和或减少温度变化对振荡频率的影响。这种补偿方法具有电路结构简单和成本效益高的特点，减少印刷电路板（PCB）占用的尺寸和空间，适合于低压和小电流的小型应用场景。当精度需求达到小于±1ppm时，晶体振荡器采用直接补偿方式则不太合适。

（2）间接补偿型

间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。模拟式间接温度补偿通过构建一个由热敏电阻等温度传感元件构成的温度到电压的转换电路来实现，通过将电压施加到与晶体振子串联的变容二极管上，利用晶振串联电容量的变化，来补偿晶体振子的非线性频率漂移，从而实现模拟式间接温度补偿。尽管这种补偿方式可以达到±0.5ppm的高准确度，但其在3V以下的低电压条件下应用受限。

数字化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中，通过在温度—电压变换电路后增加模/数（A/D）变换器将模拟量转换为数字量，实现数字化间接温度补偿。这种方法能够自动进行温度补偿，显著提高晶体振荡器的频率稳定度。然而，由于补偿电路的复杂性，这种方法的成本较高，主要适用于对频率精度有严格要求的场合，如基地站和广播电台。

2.TCXO发展现状

在过去的几十年里，TCXO技术经历了显著的发展，特别是在精密TCXO领域，日本一直处于领先地位。从70年代末汽车电话使用的TCXO体积超过20毫米，到现在主流产品的体积降至0.4%，超小型化温补晶振的体积甚至只有0.27%。在这30年的时间里，TCXO的体积减小了50到100倍。

京瓷公司生产的表面贴装TCXO通过回流焊接技术，将厚度从4mm减少到了2mm，并且能在振荡启动后4毫秒内达到其额定振荡幅度的90%。同时，金石（KSS）集团生产的TCXO贴片晶振，具备在2MHz至80MHz频率范围内，当温度从-10℃变化至60℃时，能够维持±1ppm或±2ppm的频率稳定度。而其数字式TCXO则覆盖了0.2MHz至90MHz的频率范围，在温度区间-30℃至+85℃内，频率的稳定性能够保持在±0.1ppm。

这种小型贴片晶振以高精度为特点，同时具备低功耗和小型化的优势,仍然是TCXO的研究课题。在小型化与片式化方面，面临不少困难，其中主要的有两点：

一、是小型化会使石英晶体振子的频率可变幅度变小，温度补偿更加困难；

二、是片式封装后在其回流焊接作业中，由于焊接温度远高于TCXO的最大允许温度，会使晶体振子的频率发生变化，若不采限局部散热降温措施，难以将TCXO的频率变化量控制在±0.5×10－6以下。但是，TCXO的技术水平的提高并没进入到极限，创新的内容和潜力仍较大。

3.TCXO的应用石英晶体振荡器的发展，及其在无线系统中的应用。

移动通信机电路框图及其TCXO外观：

由于TCXO具有较高的频率稳定度，而且体积小，

在小电流下能够快速启动，其应用领域重点扩展到移动通信系统。

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