传统VCXO与可编程VCXO晶振不一样的特性大比拼
　　VCXO的英文全称是Voltage controlled crystal oscillator,这是一种压控晶体振荡器器件,传统的VCXO晶振的主要原材料是石英水晶,但是早在十几年前美国SiTime晶振公司,就已经开发出了MEMS可编程压控振荡器,我们都知道MEMS的材料是硅晶,是与石英和水晶不一样的材质.从外表上看也有较大的区别,MEMS是黑色表面的,传统的压控石英晶振是白色的,那么这两种的特性和参数性能又有什么不一样的呢,请看本文为大家详细的分析和讲解.
　　VCXO是频率控制设备,允许随着输入电压的变化而改变输出频率.为任何应用选择VCXO时,必须考虑许多设备性能规格.本应用笔记试图阐明特定于VCXO的关键性能规范,并说明与在应用程序中使用VCXO相关的一些权衡.

图1:VCXO框图

拉动范围,绝对拉动范围:
　　牵引范围(PR)是在标称条件下,在其最大范围内改变控制电压将导致的频率偏差量.绝对牵引范围是在所有环境和老化条件下保证可控的频率范围.实际上,它是在考虑了温度、电源电压和老化等变量的频率稳定性容差后剩余的拉量程,即:
传统VCXO与可编程VCXO晶振不一样的特性大比拼

　　其中,Fstability是由于初始容差以及温度、电源和负载的变化而导致的器件频率稳定性.图2显示了典型的SiTime压控晶体振荡器FV特性.FV特性随条件而变化,因此给定输入电压下的频率输出可以与VCXO的额定频率稳定性一样大.对于这种VCXOs,频率稳定性和APR是相互独立的.这允许在不影响频率稳定性的情况下提供非常广泛的拉取选项.
　　图3显示了典型的石英基VCXO频率与电压(FV)的关系.对于石英基VCXOs,为了获得更高的APR,通常需要使用更低Q值的晶体来使晶体更"可拉"然而,这也具有降低频率稳定性的效果.因此,必须在应用所需的最小APR和该APR可用的最小频率稳定性之间进行权衡.通常,最好选择满足应用要求的最低APR.

图2:典型的SiTime VCXO FV特性

图3:典型的石英VCXO FV特性

上下控制电压:
　　上限和下限控制电压是输入电压范围的规定极限(见图2).施加超过上限和下限的电压不会导致输出频率发生明显变化.换句话说,VCXO的FV特性饱和超过这些电压.图1和2将这些电压显示为较低的控制电压(VC_L)和较高的控制电压(VC_U).
线性度:
　　在任何VCXO中,FV特性都会与理想直线有所偏差.线性度是最大偏差与总拉力范围的比率,用百分比表示.典型的石英基VCXO通过变容二极管实现频率控制功能,从而产生弯曲的FV特性(图4).这些设备的线性规格通常在5％至10％的范围内,如图5所示.为进行比较,图6显示了SiTime晶振380X系列VCXO的线性.该特性是极线性的,通常远小于1％(图7).

图4:典型的石英VCXO线性度图5:典型的石英VCXOKv变化

图6:典型的SiTimeVCXO线性图7:典型的SiTimeVCXOKv变化

FV特性斜率,Kv:
　　FV特性的斜率是许多低带宽PLL应用中的关键设计参数.斜率是FV特性的导数-频率偏差除以在较小的电压范围内产生该频率偏差所需的控制电压变化,如下所示:
传统VCXO与可编程VCXO晶振不一样的特性大比拼

　　通常以kHz/伏特,MHz/伏特,PPM/伏特或类似单位表示.根据PLL设计中使用的术语,斜率通常称为"KV".基于石英晶振的标准VCXO的FV特性斜率可能会在输入控制电压范围内发生较大变化,通常为10-20％.一些数据手册可能会指定一个"平均"Kv作为典型值,但由于Kv影响重要的PLL性能参数,例如带宽和相位裕量,因此,在成功的设计中必须了解并考虑整个Kv变化.
　　图5和图7显示了典型的基于石英的SiTimeVCXO380X系列Kv特性.SiTime 380X VCXO系列具有极高的线性特性,这意味着在整个输入电压范围内(典型值<1％),Kv的变化很小,从而大大减轻了PLL设计人员的设计负担.
频率变化极性:
　　频率变化极性指定电压-频率特性的斜率是正(电压增加输出频率增加)还是负(电压增加输出频率减少).SiTime 380X系列VCXO提供了正斜率选项.
控制电压带宽:
　　控制电压带宽,有时也称为"调制速率"或"调制带宽",是输出频率可以跟踪输入电压变化的速率.以前用Kv表示的输出频率变化与输入电压变化之比在大多数VCXO中具有低通特性.对于在相同电压范围内扫描的直流输入,调制率定义为相对于KvKvis降低3dB的调制率.
　　例如,具有+/-150ppm上拉范围和0-3V控制电压的部件可以被认为具有100ppm/V的平均KV.施加1.5VDC±0.5V的输入会导致输出频率降低100ppm(+/-50ppm).如果将控制电压带宽指定为8kHz,则随着控制电压的频率增加到8kHz,输出频率变化的峰峰值将减小到100ppm/√2或71ppm.
　　本篇文章的目的就是为了区分传统石英压控振荡器,与MEMS可编程振荡器之间的特性,优势,缺点对比,让用户更明确的选择适合的晶振,以上资料都由SiTime提供,如有疑问可在http://www.jinluodz.com/官网上留言,金洛鑫电子将在最快的时间内回复!
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