温补振荡器工作的原理

首先了解晶体的数学模型，用负阻的方法分析了石英晶体振荡器的起振原理以及补偿方法，设计了数字电容阵列可调频率晶体振荡电路，实现了频率简单可控.带隙测温电路采用了LDO供电和cascode结构，温补晶振价格，实现了输出温度电压具有高抑制比和准确性.模数转换器ADC采用了12位逐次逼近型电路，结构简单精度适中.LDO为测温电路提供了稳定的工作电源保证了输出信号的稳定，通过间断性地工作实现整个系统的低功耗. 随着CMOS技术的发展，上述的各种电路都可以集成在一块芯片里面.本文基于集成电路设计工具Cadence的软件环境，温补晶振原厂，和SMIC的0.35um工艺，设计了以上电路，并得到了结果，验证了本设计的可行性.

温补振荡器类型

（1）直接补偿型 直接补偿型TCXO是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路，在振荡器中与石英晶体谐振器振子串联而成的。在温度变化时，热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容容值相应变化，从而抵消或削减振荡频率的温度漂移。该补偿方式电路简单，成本较低，节省印制电路板（PCB）尺寸和空间，适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精度小于±1pmm时，直接补偿方式并不适宜。

（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是利用热敏电阻等温度传感元件组成温度－电压变换电路，并将该电压施加到一支与晶体振子相串接的变容二极管上，通过晶体振子串联电容量的变化，对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实现±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低电压情况下受到限制。数字化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中的温度—电压变换电路之后再加一级模/数（A/D）变换器，温补晶振报价，将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿，使晶体振荡器频率稳定度非常高，但具体的补偿电路比较复杂，成本也较高，只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。

温补晶振振荡器的发展

温补晶振由普通化转换成小型化是一个过程，在近十几年中得到稳定长足发展，其中在精密TCXO的研究开发与生产方面，日本居主宰地位。在70年代末汽车电话用TCXO的体积达20 以上，目前的主流的产品降至0.4 ，超小型化的TCXO器件体积仅为0.27。

在30年中，TCXO的体积缩小了50余倍乃至100倍。日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生产的表面贴装TCXO厚度由4mm降至2mm，在振荡启动4ms后即可达到额定振荡幅度的90%。金石（KSS）集团生产的TCXO频率范围为2～80MHz，温度从－10℃到60℃变化时的稳定度为±1ppm或±2ppm；数字式TCXO的频率覆盖范围为0.2～90MHz，频率稳定度为±0.1ppm（－30℃～+85℃）。日本东泽通信机生产的TCO－935/937型片式直接温补型TCXO晶振，频率温度特性（点频15.36MHz）为±1ppm/－20～+70℃，在5V±5%的电源电压下的频率电压特性为±0.3ppm，温补晶振，输出正弦波波形（幅值为1VPP），电流损耗不足2mA，体积1 ，重量仅为1g。PiezoTechnology生产的X3080型TCXO采用表面贴装和穿孔两种封装，正弦波或逻辑输出，在－55℃～85℃范围内能达到±0.25～±1ppm的精度。

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