VCXO振蕩器是一種頻率控制器件,當輸入電壓變化時,它可以改變輸出頻率.在為任何應用選擇VCXO時,必須考慮許多器件性能規格.本應用筆記試圖闡明關鍵的VCXO特定性能規格,并說明與在應用程序中使用VCXO相關的一些權衡.

2.拉動范圍,絕對拉動范圍

牽引范圍(PR)是在標稱條件下,在其最大范圍內改變控制電壓將導致的頻率偏差量.絕對牽引范圍是在所有環境和老化條件下保證可控的頻率范圍.實際上,它是在考慮了溫度,電源電壓和老化等變量的頻率穩定性容差后剩余的拉量程,即:

等式1

其中穩定性F是由于初始容差以及溫度,電源和負載的變化而導致的器件頻率穩定性.

圖2顯示了典型的SiTime晶振VCXOFV特性.FV特性隨條件而變化,因此給定輸入電壓下的頻率輸出可以與VCXO的額定頻率穩定性一樣大.對于這種VCXOs,頻率穩定性和APR是相互獨立的.這允許在不影響頻率穩定性的情況下提供非常廣泛的拉取選項.

圖3顯示了典型的石英晶振基VCXO頻率與電壓(FV)的關系.對于石英基VCXOs,為了獲得更高的APR,通常需要使用更低Q值的晶體來使晶體更"可拉"然而,這也具有降低頻率穩定性的效果.因此,必須在應用所需的最小APR和該APR可用的最小頻率穩定性之間進行權衡.通常,最好選擇滿足應用要求的最低APR.

圖2:典型SiTimeVCXOFV特性 圖3:典型石英VCXOFV特性

3.上下控制電壓

上下控制電壓是輸入電壓范圍的規定限值(見圖2).施加超過上下電壓的電壓不會導致輸出頻率的顯著變化.換句話說,VCXO振蕩器的FV特性飽和超過這些電壓.圖1和圖2將這些電壓顯示為較低控制電壓和較高控制電壓.

4.線性度

在任何VCXO中,FV特性都會偏離理想直線.線性度是最大偏差與總拉動范圍的比率,以百分比表示.

典型的石英基壓控晶體振蕩器通過變容二極管實現頻率控制功能,這導致了彎曲的FV特性(圖4).這些器件的線性規格通常在5%至10%范圍內,如圖5所示.相比之下,圖6顯示了SiTime的380倍系列VCXOs的線性度.該特性是極線性的,通常遠小于1%(圖7).

圖4:典型石英VCXO線性度 圖5:典型石英VCXOKv變化

圖6:典型正弦電壓控制振蕩器線性千伏 圖7:典型SiTimeVCXOKv變化

5.FV特性斜率,Kv

FV特性的斜率是許多低帶寬鎖相環應用中的一個關鍵設計參數.斜率是FV特性的導數——頻率偏差除以在小電壓范圍內產生頻率偏差所需的控制電壓變化,如下所示:

等式2

它通常以千赫/伏特,兆赫/伏特,百萬分之一伏特或類似單位表示.基于鎖相環設計中使用的術語,斜率通常稱為“千伏”.

標準石英基VCXO的FV特性斜率可在輸入控制電壓范圍內顯著變化,通常為10-20%.一些數據手冊可能會指定典型的"平均"Kv,但由于Kv會影響帶寬和相位裕量等重要的鎖相環性能參數,因此在成功的設計中必須了解和考慮整個Kv變化.

圖5和圖7顯示了典型的石英基和SiTimeVCXO380X系列Kv特性.SiTime380XVCXO系列的極端線性特性意味著整個輸入電壓范圍內的Kv變化非常小(典型值<1%),大大減輕了鎖相環設計人員的設計負擔.

6.頻率改變極性

頻率變化極性指定電壓-頻率特性的斜率是正的(增加電壓會增加輸出頻率)還是負的(增加電壓會降低輸出頻率).SITIME晶振380X系列VCXOs提供正斜率選項.負斜率選項的接觸時間.

7.控制電壓帶寬

控制電壓帶寬,有時稱為"調制速率"或"調制帶寬",是輸出頻率跟蹤輸入電壓變化的速率.輸出頻率變化與輸入電壓變化之比(以前用Kv表示)在大多數VCXOs中具有低通特性.調制速率定義為在相同電壓范圍內掃描的DC輸入的Kv相對于Kv降低3dB的調制速率.

例如,具有+/-150ppm牽引范圍和0-3V控制電壓的部件可以被認為具有100ppm/V的平均千伏.施加1.5VDC0.5V的輸入導致100ppm(+/-50ppm)的輸出頻率.如果控制電壓帶寬指定為8千赫,當控制電壓頻率增加到8千赫時,輸出頻率變化的峰峰值將降低到100ppm/%2或71ppm.

8.結論

本文定義并闡明了最重要的VCXO振蕩器性能規格,并說明了傳統石英VCXO和SiTimeVCXOs在這些規格上的一些重要區別.性能參數之間權衡的更詳細討論將在單獨的文檔中給出.

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