如何拖動振蕩器中的晶振頻率?
許多人都是通過頻率來選擇合適的石英振蕩器,而且頻率還有其他的特點(diǎn),是確定穩(wěn)定性的主要參數(shù)之一,頻率具有唯一性,每一顆晶振只有一個頻率,對應(yīng)不同的產(chǎn)品在通過插入的無功分量對頻率進(jìn)行功能影響的情況下,或者通過改變反饋路徑中的相位(拉動晶體頻率),可以考慮石英的一些不良特性:
頻率溫度響應(yīng)的補(bǔ)償(TCXO):
通過負(fù)載容量的溫度控制來實(shí)現(xiàn)TCXO的溫度響應(yīng)的補(bǔ)償。用于TCXO應(yīng)用的晶體必須在工作溫度范圍內(nèi)絕對無浸漬。甚至幾乎無法識別的傾角,例如。在圖2.31中,在約-20°C或85°C,補(bǔ)償后,頻率的干擾殘余誤差是有效的。由于2.12.6中描述的原因,石英負(fù)荷應(yīng)保持很小。同樣令人不安的是在溫度變化方向反轉(zhuǎn)之后頻率的溫度響應(yīng)的滯后。在為TCXO應(yīng)用訂購石英晶體時,必須指定兩個屬性:
1)頻率-溫度曲線最大不連續(xù)性。
2)最大,工作溫度范圍內(nèi)允許的滯后時間為xxppm。溫度變化率為xx°C/min。
拉動行為和二次共振:
在濾波器電路和石英鑒別器中,二次諧振的影響很容易被忽視。在振蕩器電路中,如果電路設(shè)計正確,則不可能振蕩到二次諧振或切換到二次諧振。更為復(fù)雜的是泛音及其側(cè)共振對VCXO振蕩器電路行為的影響:
石英振蕩器是反饋放大器,在反饋路徑中具有石英振蕩器。振蕩器以環(huán)路增益大于1的頻率振蕩,整個環(huán)路的相位旋轉(zhuǎn)為2nB,即。與循環(huán)是真實(shí)的頻率。僅在構(gòu)成振蕩器的石英的諧振頻率下滿足環(huán)路增益的條件。相位條件受到與振蕩器的振蕩頻率諧波的晶體的所有諧振的影響。由于石英晶體振蕩器的幅度限制,振蕩器頻率具有大的諧波含量。該頻率混合成為反饋分支。
圖2.63基本和泛音的拉動行為
如果振蕩器頻率的諧波與石英的泛音或其次級諧振一致,則反饋信號的相位位置受到影響。當(dāng)振蕩器頻率被嚴(yán)重“拉”時,這變得很重要,特別是在基音振蕩器中。石英的動態(tài)容量C1和因此的拉伸量是根音中的3次諧波的約9倍。因此,泛音范圍內(nèi)的石英諧振可能與基音成為諧波(圖2.63)。
結(jié)果是此時振蕩器的拉動特性不連續(xù)。在具有靜態(tài)頻率控制的系統(tǒng)中,這一切都是微不足道的。在具有相位相關(guān)頻率同步的系統(tǒng)中,同步受到顯著干擾或不可能,例如。數(shù)字電視中彩色副載波與Renck振蕩器的同步。在作為頻率或相位調(diào)制器的應(yīng)用中,在調(diào)制特性中產(chǎn)生不連續(xù)性。當(dāng)用于倍頻的振蕩器輸出被選擇性地調(diào)諧到貼片振蕩器頻率的三倍或五倍時,干擾變得特別強(qiáng)烈。圖2.63顯示了基頻(底部)和諧波頻率(頂部)對繪圖容量CL的依賴關(guān)系。
通過相位控制拉出晶體頻率:
在具有數(shù)字頻率調(diào)節(jié)的系統(tǒng)中,還通過控制振蕩器環(huán)路中的反饋信號的相位來完成頻率調(diào)諧。一個例子是數(shù)字電視電路中的“Renck振蕩器”。頻率的相位相關(guān)控制原則上根據(jù)圖2.64進(jìn)行。
圖2.64相控振蕩器原理
控制電壓Ust迫使相位致動器中的相應(yīng)相位旋轉(zhuǎn)。然后,晶振頻率根據(jù)等式(48)跟隨該相位旋轉(zhuǎn)。
忽略C0,抽取量取決于產(chǎn)品C1AReff。在具有小內(nèi)阻的振蕩器電路中,Re和Ra是由:
Freqenzhub實(shí)現(xiàn)的相變相對較小。為了增加提升斜率,將阻尼電阻器Rs插入電路中(方程47)。
該電路對于三重振蕩器頻率下石英的諧振特別關(guān)鍵,特別是變體a),其在反饋路徑中包含高通濾波器RsC(圖2.64)。變量b)明顯更好,這里反饋分支充當(dāng)?shù)屯?b>濾波器并且顯著降低反饋分支中的諧波含量。在這種情況下,振蕩器放大器必須是反相放大器,移相器產(chǎn)生-90°的基本相位旋轉(zhuǎn)。
圖2.65反饋支路中的相位響應(yīng)RA+RB=25S,RS=參數(shù)
因此,在該電路中使用的振蕩晶體必須在工作頻率的n倍時不具有諧振。石英(Dickenscherschwinger)只有在它們的泛音共振附近具有多個基頻,在基本振蕩器的情況下,因此三倍頻率是關(guān)鍵的,五倍頻率已經(jīng)被充分衰減。在訂購石英時,必須另外說明石英是例如石英。在標(biāo)稱頻率的3倍±振蕩器的行程必須沒有共振。在版本b)的情況下,這里將諧振抑制大約12dB就足夠了。在第三次諧波中的有源晶體振蕩器的情況下,臨界頻率在石英的第五個泛音附近,即振蕩器頻率的約5/3(圖2.63)。
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