VCXO晶振是一種晶體振蕩器,在用石英晶體穩頻的振蕩器中,把變容二極管和石英晶體相串接,就可形成晶體壓控振蕩器.為了擴大調頻范圍,石英晶體可用AT切割和取用其基頻率的石英晶體,在電路上還可采用展寬調頻范圍的變換網絡.在微波頻段,用反射極電壓控制頻率的反射速調管振蕩器和用陽極電壓控制頻率的磁控管振蕩器等也都屬于壓控振蕩器的性質.壓控振蕩器的應用范圍很廣.
通過向其控制電壓引腳(VC)施加模擬電壓,其輸出頻率(Fout)可以在連續的頻率范圍內在任一方向上偏離標稱值.控制電壓與變容二極管相連.這種二極管的可變電容是所施加電壓的函數.在圖1和圖2中,請注意,隨著可變電容的變化,它會導致電容負載的變化.CL的變化導致Fout的變化.如圖2所示,理想情況下,VC和Fout之間存在線性關系.

圖1.典型VCXO

圖2.典型拉動范圍曲線

APR的定義
APR-當控制電壓設置為最大和最小值時,VCXO振蕩器與標稱頻率的保證正負頻率偏差.它保證超過制造公差,電源電壓,工作溫度和老化.
APR通過從VCXO的總穩定性中減去總牽引范圍來計算.總牽引范圍是恒定電源電壓和溫度下,壓控振蕩器頻率隨控制電壓變化的最大變化.總穩定性是指當控制電壓在制造公差,電源電壓,工作溫度和老化變化范圍內保持在標稱值時,VCXO頻率的變化.這種差異導致頻率變化,這是由于控制電壓獨立于所有其他條件和變化而得到保證的.
APR計算示例
APR是從VCXO的輸出頻率范圍預算中得出的,該預算考慮了導致VCXO頻率偏差的所有因素.請參考示例計算.

在本例中,以100ppm的APR為特征的壓控振蕩器意味著使用該VCXO的鎖相環可以鎖定到標稱中心頻率變化高達100ppm的輸入基準.
APR在鎖相環設計中的應用
鎖相環是使用負反饋的控制系統的一個例子,該負反饋產生與參考時鐘晶體諧振器信號的相位具有固定關系的輸出時鐘信號.鎖相環是作為一個基本問題的解決方案而開發的;如果需要一個比現有時鐘頻率更高的時鐘,或者具有相同頻率但抖動更低的時鐘,或者具有更高頻率和更低抖動的時鐘,那么現有時鐘上沒有線性運算能夠將現有時鐘轉換成所需時鐘.相反,需要一個新的振蕩器,它必須與現有時鐘的頻率和相位完全匹配.相位匹配要求需要負反饋環路.
鎖相環通過將壓控振蕩器時鐘頻率和相位除以反饋分頻器(M)的值,并將其與相位/頻率檢測器中輸入時鐘頻率和相位(FIN)的相位和頻率進行比較,從而產生誤差信號.相位/頻率檢測器的輸出由環路濾波器進行低通濾波,以產生FOUT的控制電壓調整,從而閉合環路.鎖定時,鎖相環的輸出頻率(FOUT)正好是輸入頻率的M時代,并與輸入參考時鐘相位對齊.如果Fout必須等于Fin,則添加值為M的后分頻器或將M設置為1.

圖3.基本鎖相環構建模塊

由于石英晶體振蕩器(XO)制造差異,輸入基準頻率FIN具有ppm容差.這包括容差,穩定性,電源電壓和老化.VCXO的頻率必須具有至少相同ppm變化的保證可調范圍,以便跟蹤和保持輸入基準頻率變化上的相位和頻率鎖定.由于壓控振蕩器本身是一個振蕩器,由于制造公差,穩定性,電源電壓和老化,其頻率也會發生相同的變化.這些變化必須得到保證,并應從總拉動范圍中減去.如果VCXO沒有足夠的APR,并且輸入參考處于其中一個頻率極值,鎖相環將不會鎖定,輸出頻率也不會是輸入頻率的M時代.
總之,以APR為特征的VCXO使鎖相環設計者不必考慮影響VCXO中心頻率的額外內部變化的細節.只需確保壓控振蕩器APR與鎖相環輸入基準電壓的ppm變化一樣大.

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