在网络时钟，搜救卫星系统，无线基站平台，导航定位，雷达等产业，都有一个共同点，那就是产品制造商广泛采用TCXO温补晶振，做为电路板里的主要晶振。因为TCXO是所有Oscillator系列里，频率容差精准度最高的，±0.5ppm~±2.0ppm可用，新西兰Rakon晶振公司自己设计，开发，生产的TCXO Oscillator系列，稳定性在行业里算是比较高的。本文的主要目的是为了表示温补晶体振荡器通过VC-TCXO调节频率，以及实用步骤与方法，参照型号是Rakon旗下的CFPT9，RFPT，RPT7050和RPT5032系列产品。
Rakon开发了一系列微型TCXO，能够提供低于±100ppb的频率稳定性。器件提供多种封装形式，7.0x5.0mm和5.0x3.2mm表面贴装形式，通常适用于批量应用。推动这一性能的补偿引擎是Rakon专有的ASICPluto™及其后续产品Pluto+™。这些ASIC提供真正的模拟补偿，没有数字化误差，从而在整个工作温度范围内实现平滑的频率特性。除了出色的补偿性能外，TCXO还具有优于1％的频率调谐线性性能。
这种性能水平使TCXO能够在之前已经指定过OCXO晶振的应用中使用。TCXO将在电气，热和机械稳定和安静的系统环境中提供最佳性能。实际应用中不可避免地存在噪声和不稳定性，本文档旨在考虑其影响，并概述可以采取的一些指导原则和实际步骤，以确保实现最佳性能。
温度补偿：
随着晶体温度在器件的工作温度范围内变化，自由运行的晶体振荡器表现出频率的显着变化。使用温度补偿，这种频率不稳定性与温度的关系可提高约两个数量级。

图1：简单晶体振荡器（XO）

图2：频率稳定性与温度的关系

图3：补偿后的频率与温度特性

Rakon晶振生产的每一件TCXO都是制造工艺的一部分。表征在精心控制的测试环境中进行，该环境提供稳定的热环境，以确保在进行频率测量时振荡器的晶体和温度传感组件处于稳定平衡状态。根据这些频率测量值计算出最小化频率误差随温度变化所需的补偿电压。因此，当振荡器的工作环境具有与用于器件表征的制造测试环境相同的稳定热特性时，将提供最佳的TCXO性能。
当然，Rakon用于表征的物理，电气和热环境与最终用户应用所呈现的环境之间存在显着差异。在理想的振荡器温度控制系统中，石英晶体的有效区域和温度传感元件将经历相同的温度和相同的温度变化。在这些条件下，由于石英晶体和温度传感器之间的温差，补偿中不会出现误差分量。然而，要实现这一点，两个组件将需要占用设备内完全相同的物理空间，这是不可能的。在实践中，振荡器被设计成最小化晶体和温度传感器之间的任何温差，并且非常小心以确保它们之间的物理分离和热阻抗最小化。
必须将热管理原理扩展到系统环境，在这种环境中，当石英晶体和温度传感器之间的温度梯度最小化时，将再次实现最佳性能。此外，由于温度传感器位于具有所有其他有源电路的TCXO ASIC上，因此必须注意保持振荡器的功耗恒定，以免影响传感器和晶体之间的温度相关性。
创造安静的热环境-热系统设计：
对流，传导和辐射的作用都会产生热梯度，在系统设计中应仔细考虑这些机制的影响。石英晶体振荡器的理想环境是温度稳定且在器件的所有侧面均匀的环境。当然，在实践中，振荡器的基座焊接到印刷电路板上，而其顶面可能处于静止或强制空气中，并且来自这两个表面的热传递速率将是不同的。另外，系统设计和布局可能要求振荡器靠近一个面上的功率部件，而相对的面暴露于来自冷却风扇的强制空气。同样，目标是避免这些差异，并尽可能减少它们无法避免的影响。
如果设计允许，最好将振荡器与以下效果隔离：
1.高功耗元件引起的设备局部热点
2.来自冷却风扇的强制空气流动
3.可见光和红外频段的辐射能量
4.跟踪振荡器下方（特别是密集的地平面），可以通过传导增加传热
通过在OSCillator设计中加入盖子可以减弱这些影响。这将使装置免受对流和辐射的直接影响，并将减少上述（1），（2）和（3）的影响。封闭的（静止）空气体积还将提供隔热板，减少热瞬态的影响。
Rakon为此提供塑料盖（P/NPCV00015AA1）。为了安装盖钻4个孔（直径0.7毫米，x=13.5毫米，y=8.5毫米），与TCXO位置等距，如下图所示：

图4：塑料盖定位孔草图

盖子需要用粘合剂固定。可以使用任何适合于将部件粘合到印刷电路板上的粘合剂。实例是Loctite 3220和EpotekTJ1104-LH（以前称为Epotek102-104）。这些示例仅供参考-用户仍负责评估其应用的适用性。

图5：将正弦波截断为CMOS缓冲器

通过保持振荡器下方的区域不受高导电性金属跟踪和通过在印刷电路板中引入槽以在热传导路径中产生不连续性，可以最小化通过传导的热传递。
晶振本身就是一种比较脆弱的电子元器件，容易因为操作上的失误，或外界因素而导致故障或不起振，所以在使用的时候，要严格按照要求和正确的步骤布置。更多关于TCXO Oscillator实用性资料，欢迎关注收藏http://www.jinluodz.com，我司金洛鑫电子将会源源不断的提供石英晶体和各类石英晶体振荡器的技术资料和理论知识。

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