OCXO
烤箱控制晶體振蕩器基礎(chǔ)知識(shí)
        當(dāng)談到基于石英的頻率控制設(shè)備時(shí)，OCXO（或烤箱控制的晶體振蕩器）接近食物鏈的頂端，僅被強(qiáng)大的 DOCXO 或雙烤箱取代！
        OCXO 是一種溫度控制裝置，可保持石英晶體的恒定工作溫度。 這可以防止指定頻率因環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化。
        晶體爐的頻率輸出取決于石英晶體的溫度。 您可以在下圖中看到，溫度會(huì)對振蕩器的頻率產(chǎn)生重大影響。         在大多數(shù)應(yīng)用中，可以使用更簡單的 TCXO 或溫度補(bǔ)償晶體振蕩器來減少環(huán)境溫度變化的負(fù)面影響。但是在某些環(huán)境中，進(jìn)口TCXO晶振無法滿足應(yīng)用程序的穩(wěn)定性要求。在這些情況下，RF 工程師可以更進(jìn)一步，利用 OCXO 提高的穩(wěn)定性。
        無論振蕩器所處的環(huán)境溫度如何，都可以通過保持接近恒定的晶體溫度來實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的穩(wěn)定性。在 OCXO 內(nèi)部，除了振蕩器電路之外，還有一個(gè)加熱器電路。該加熱器電路可以以多種不同方式進(jìn)行配置，但最常見的是比例控制烤箱，它使用加熱元件加熱晶體和熱敏電阻來感應(yīng)晶體的溫度。
        這些元件是橋接網(wǎng)絡(luò)的一部分，橋接網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)，將晶體的溫度保持在恒定溫度。下圖是一個(gè)常見的OCXO烤箱控制電路框圖。         將晶體保持在恒定溫度可以最大限度地減少環(huán)境溫度變化的影響，從而顯著提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性。 但是我們?nèi)绾未_定烤箱的正確設(shè)定點(diǎn)呢？ 為此，我們需要再次查看晶體頻率與溫度之間的關(guān)系。 在下圖中，您可以看到曲線上有一個(gè)最佳點(diǎn)，在該點(diǎn)上，相同的溫度變化將導(dǎo)致頻率的最小變化。 曲線上的這個(gè)點(diǎn)非常重要，我們給它起了一個(gè)特殊的名字，這被稱為晶體的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。         晶體的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以由晶體工程師“設(shè)計(jì)”，并由許多因素決定，包括從大塊石英材料切割晶體坯料的角度等簡單因素。話雖如此，每個(gè)晶體的行為都會(huì)略有不同，烤箱設(shè)定點(diǎn)是針對每個(gè)生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行微調(diào)的。
 
        在設(shè)計(jì)晶體的轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，必須考慮一個(gè)常見的設(shè)計(jì)權(quán)衡。理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將晶體的轉(zhuǎn)折點(diǎn)設(shè)置在 OCXO 的最高工作溫度之上。這是因?yàn)榭鞠淇梢詫⒕w“加熱”到設(shè)定溫度，但如果周圍環(huán)境比這個(gè)設(shè)定點(diǎn)熱得多，晶體最終會(huì)加熱到超過它的設(shè)定點(diǎn)。將轉(zhuǎn)折點(diǎn)推高的不利之處在于頻率與溫度的曲線變得更加尖銳。這有效地縮小了烤箱的操作窗口，并使烤箱的準(zhǔn)確性變得至關(guān)重要。將轉(zhuǎn)折點(diǎn)推高的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是晶體老化性能降低。
 
更好的成分，更好的比薩振蕩器
AT 與 SC 切割晶體
 
        振蕩器設(shè)計(jì)人員必須提高其 OCXO 性能的另一個(gè)選擇是改變振蕩器內(nèi)部晶體的類型。入門級(jí) OCXO 通常使用 AT 切割晶體構(gòu)建。這些晶體具有良好的整體性能，適用于多種應(yīng)用；然而，由于需要將水晶的轉(zhuǎn)折點(diǎn)推高，AT 切割就失去了動(dòng)力。此時(shí)，可以在OCXO晶振內(nèi)部使用 SC 切割晶體，以在不犧牲頻率穩(wěn)定性的情況下將轉(zhuǎn)折點(diǎn)推高。 AT cut和SC cut的頻率與溫度曲線如下圖所示。您可以看到頻率響應(yīng)在烤箱的工作溫度范圍內(nèi)更加均勻，從而提高了振蕩器的穩(wěn)定性。 除了提高頻率穩(wěn)定性外，SC 切割晶體還提供其他好處。這些好處包括：
        • 提高頻率穩(wěn)定性：從上圖中可以看出，SC 切割的響應(yīng)在更寬的溫度范圍內(nèi)比 AT 切割更平坦。這意味著在整個(gè)溫度范圍內(nèi)更嚴(yán)格的頻率穩(wěn)定性。
        • 更高的工作溫度：SC 切割晶體的轉(zhuǎn)折點(diǎn)高于 AT 切割晶體，使其成為烘箱應(yīng)用的理想選擇。這種較高轉(zhuǎn)折點(diǎn)的缺點(diǎn)是在較低溫度下急劇下降。由于這一特性，SC 切割晶體僅適用于恒溫振蕩器，在其他振蕩器配置（TCXO、VCXO 等）中無法正常工作。
        • 改進(jìn)老化：SC 切割晶體（代表“應(yīng)力補(bǔ)償”）提供改進(jìn)的老化性能，比 AT 切割晶體好 2 到 3 倍。
        • 預(yù)熱時(shí)間：SC 切割 OCXO 將比類似的 AT 切割 OCXO 更快地穩(wěn)定在其最終頻率。
        • 相位噪聲：SC 切割晶體提供比 AT 切割晶體更好的 Q（品質(zhì)）因數(shù)。這樣，OCXO的接近或接近載波相位噪聲得到改善。
        •G 靈敏度：SC 切割晶體的應(yīng)力補(bǔ)償也降低了振蕩器的g 靈敏度。石英晶振是一種機(jī)電設(shè)備……如果你在晶體上施加電壓，它就會(huì)振蕩。不利的一面是，如果您在晶體上施加振動(dòng)，則會(huì)感應(yīng)出電壓。該電壓表現(xiàn)為加速度或振動(dòng)引起的相位噪聲。