晶体振荡器的频率调整和频率稳定

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1、一266—2008全国频率控制技术年会论文集晶体振荡器的频率调整和频率稳定冯金梅·冯力2(1．北京无线电计量测试研究所，北京100039；2．北京瑞华欣隆科技有限责任秘司北京100042)摘要频率调整和频率稳定是研制、生产石英晶体振荡器(以下简称晶振)的根本问题。阐述了两种不同工作状态(串联谐振、并联谐振)的晶振应采用不同的频率调整方法，尤其是研制、生产2．00MHz以上的晶振(TcVCx0，TCXO)应选好方法。阐述了晶振的频率稳定度，不管是长稳，还是短稳，都可以进行设计计算。实例说明短稳，即L(，)(或阿仑方差)设计计算切实可行

2、，计算与实例吻合较好。关键词频率调整频率稳定VCTCXO高频TCXOL(f)计算1引言本文作者从事频率控制工作几十年，主持、参与研制、生产多种中高档晶振十万只以上。这些晶振在通讯、导航等军事系统工程中获得了广泛应用，其性能和可靠性获得了用户的认可。限于篇幅，本文就摘要中涉及的几个问题进行了梳理分析，限于水平，不妥或错误之处请读者指教。2压控晶振(以下简称VCXO)的压控灵敏度和压控范围2．1晶体工作于并联谐振状态的VCXO当VCXO压控范围较小时，下式几乎都适用凡=几+譬·去+㈩其中：纠CXO的标称频率；卜VCXO中使用晶体的串联谐

3、振频率；CI，_-vCXO中使用晶体的等效动态电容；C卜-vCXO中使用晶体的静态电容；C卜晶体串联的负载电容，通常，cI也包括了主振级与cI有关的电容。A，当VCXO压控范围增大，÷≥(60～100)ppmJL时，最常用、简单、有效的方法之一，就是在晶体支路中串联电感、电容作负载。如图l所示。图1串联电感、电容作晶体负载等效电路图中，厶、G、R。分别是晶体的等效动态电感、电容、电阻，Co是静态电容。令zf=鹏+志=志，1-t02LtlCtl)=瓦1c”=五％百(2)帆一2万等玎坠L：!．坐■C埘1一国2LflCnC“当1咱忽ncl

4、l=0．5时，坐上：2坐■C，#C，1改造式(1)。厶=厶：I．．二!。fs2Co+C‘(3)(4)2008全国频率控制技术年会论文集-267-3VCXO的压控线性令y=与}则归导’南一导‘南。南(5)当G>>co时，式(5)可写成一争’专‘南㈤常用变容二极管来代替Ct。，而且Ct。与二极管两端的电压有关，cfl=衙其中：c肋是电容常数，巾=0．7V，珏是电容变化指数，V是二极管反向偏置电压。(通常y岫。>0．7V时较好)峨，2焉带2器c_，将瓦t7)代人瓦L6)得咖=争·奇南㈤式(8)给了我们一个假象，似乎VCXO的压控特性与晶体

5、串联的电感无关了。实际情况是以Z、G、Co确定后，Q也确定了，而且cn=忐c招2而Ctl已是确定的，但厶。、cl。是可变的。分析式(8)，可知：＆只要y≥0．7，即反向偏置电压越大，则压控灵敏越小。b．厶越大，压控灵敏度越大。c．cq越大，压控灵敏度越大，(这是晶体本身的参数)d．n越大，压控灵敏度越大。但是，厶。越大，也就是压控灵敏度越大(压控范围越大)，得到了好处，害处是VCXO稳定度变坏了，所以，要掌握好这个度。所谓压控线性，是指当压控电压变化相同值，VCXO的频率变化相差值的评价。例如，变容管处于y。值作中心值，也即对应VC

6、XO的频率标称值(理想化)，那么附AV(假定△y=lⅥ频率变化值+△厂(假定Af=5000Hz)与Vo-AV对应的一af希望越接近越好。例如：+Af=5000Hz+300Hz=5300Hz—Af=5000Hz一100Hz--4900Hz则压控线性近似：(5300—4900)=400Hz—40—0：上：8％500100●，从式(8)看，ayX不是个线性函数，如何实／“y现压控灵敏度与压控线性两者兼顾呢?实践告诉我们，在二极管反向偏置电压升高时，能改善压控线性的办法也是简单而有效的，即在变容管两端并联一个电容如图2所示。Ct22图2变容

7、二极管两端并联电容令Ct2=ct21+cf22(9)cm2而Ct2Cf22Cf2l+Cf22鸩z=鸩2-+蚂恐2鸩2·=焉筹将式(11)除以式(9)，得：一268—2008全国频率控制技术年会论文集-，lcf21咖Ct2(驴+y)(c，2l+q22)=南／(1+iCt22](-2)比较式(7)、式(12)，由于变容管两端并联了电容c也，从而使孕变为了譬t鲁C=湍鲁C=南／(t+矧CfI(驴+矿)，2(妒+矿)／L‘’，21J可以想见，当02。>>Ct22时，即变容管反向偏置较低时，压控灵敏度线性几乎不受影响。随着反向电压y逐渐升高，

8、ct。逐渐变小，睨作用增大，改善了因y变化产生的非线性。这一点也被实践证明了，而且很管用。当然，综合应用调整压控电压中心点；改变厶，、改变c岛；调整变容管的品种；那么，压控灵敏度和线性“双赢”是可能实现的。4晶体工作于串联谐振状态的V