壓控晶體振蕩器（VCXO）是通過紅外加控制電壓使振蕩效率可變或是可以調(diào)制的石英晶體振蕩器。VCXO主要由石英諧振器、變?nèi)荻䴓O管和振蕩電路組成，其工作原理是通過控制電壓來(lái)改變變?nèi)荻䴓O管的電容，從而“牽引”石英諧振器的頻率，以達(dá)到頻率調(diào)制的目的。VCXO大多用于鎖相技術(shù)、頻率負(fù)反饋調(diào)制的目的。VCXO大多用于鎖相技術(shù)、頻率負(fù)反饋系統(tǒng)及頻率調(diào)制，已是通信機(jī)、移動(dòng)電話、尋呼機(jī)、全球定位系統(tǒng)（GPS）等眾多電子應(yīng)用系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵部件。
隨著現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)向高頻、寬帶、便攜式方向發(fā)展，要求VCXO具有高頻、高性能、頻率范圍寬、線性度好、頻率穩(wěn)定度優(yōu)、頻率牽引誤差小、噪聲低和封裝尺寸小等特性。世界上各先進(jìn)國(guó)家競(jìng)相開發(fā)與生產(chǎn)高水平的產(chǎn)品來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。
VCXO技術(shù)規(guī)范中列有多項(xiàng)性能參數(shù)。這些參數(shù)往往是相互關(guān)聯(lián)的。我們不能一味追求某些參數(shù)的高指標(biāo)而忽視由此引起的其它參數(shù)的劣化。例如，VCXO允許的頻率控制范圍就是有限制的。一般來(lái)說(shuō)，如果要求VCXO有較大的牽引度，則它在工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度就較差。反之，如果對(duì)頻率穩(wěn)定度要求高，就很難得到較大的牽引度（>±200×10－6）。因此，正確了解VCXO的技術(shù)規(guī)范和使用要求，對(duì)于在設(shè)計(jì)上用好這種器件是很關(guān)鍵的。下面我們將介紹VCXO電參數(shù)的特點(diǎn)和選用時(shí)應(yīng)注意的問題。
2 VCXO的確定
首先，要弄清楚具體應(yīng)用場(chǎng)合是需要VCXO，還是一般的振蕩器。當(dāng)設(shè)計(jì)人員希望通過外加控制電壓來(lái)對(duì)振蕩器的頻率作小范圍的調(diào)諧時(shí)，就應(yīng)選用VCXO器件。我們把這種振蕩器調(diào)諧稱為牽引度（pullability）。牽引度用10－6數(shù)量級(jí)表示。VCXO牽引度的典型值為±50×10－6～±200×10－6，要得到這種范圍的牽引度，VCXO產(chǎn)品一般采用標(biāo)準(zhǔn)圓形石英晶體。為了滿足牽引度范圍大的要求，設(shè)計(jì)上須用大尺寸晶體（直接0.25英寸～0.35英寸）。此外，如果要得到大范圍的牽引度，VCXO產(chǎn)品的晶體應(yīng)是基模晶體。
3 頻率穩(wěn)定度要求
VCXO用石英晶體作頻率控制元件，其振蕩頻率在工作溫度內(nèi)是穩(wěn)定的。當(dāng)我們對(duì)VCXO進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，振蕩頻率會(huì)發(fā)生改變；但偏離標(biāo)稱頻率的各個(gè)頻率值在工作溫度范圍內(nèi)同樣是穩(wěn)定的。必須注意，對(duì)于一個(gè)給定的頻率而言，頻率穩(wěn)定度要求越高，要得到大范圍的牽引度就越困難。采用硅解決方案，不能獲得良好的頻率穩(wěn)定度。這是因?yàn)楣璐嬖陬潉?dòng)噪聲和相位噪聲所致。VCXO采用了石英晶體，頻率異常穩(wěn)定，是目前最好的頻率控制器件。
4 電壓調(diào)諧與頻率變化的關(guān)系
VCXO的頻率偏移值同加在其調(diào)諧電路上的控制電壓的大小有關(guān)。VCXO標(biāo)稱頻率對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電壓規(guī)定為VCC（電源電壓）的一半。VCC為5V的VCXO，控制電壓為2.5V時(shí)就產(chǎn)生中心頻率�？刂齐妷簽椋�0.5～4.5）V的VCXO，其頻率變化曲線的斜率為正。也就是說(shuō)，當(dāng)控制電壓從2.5V上升為4.5V時(shí)，振蕩器的頻率將增大；當(dāng)控制電壓從2.5V降為0.5V時(shí)，振蕩器的頻率將減小。振蕩器的頻率隨控制電壓變化的特性，往往用調(diào)諧靈敏度這一物理量來(lái)描述。調(diào)諧靈敏度用單位10－6/V表示。如果VCXO的牽引度為±100×10－6，控制電壓范圍為（0.5～4.5）V，則其調(diào)諧靈敏度等于50×10－6/V。要求控制電壓沒有噪聲或其它可能引起振蕩器頻率和輸出波形特性發(fā)生突變的瞬態(tài)過程，這一點(diǎn)很重要。為把噪聲減至最小，經(jīng)常采取的措施是在電路板上把模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分別接地。
5 相位噪聲和調(diào)制
一切振蕩器都有一些振幅調(diào)制噪聲和相位調(diào)制噪聲。VCXO的相位噪聲要受振蕩器電路結(jié)構(gòu)和石英晶體的影響。VCXO電源的瞬態(tài)過程或波紋產(chǎn)生的調(diào)制還會(huì)使它的相位噪聲性能惡化。相位噪聲的均方根值是由相位噪聲頻譜在給定帶寬內(nèi)求積分而推算出來(lái)的。相位噪聲是根據(jù)頻率相對(duì)于中心頻率的偏移量來(lái)界定的，用單位dBc/Hz表示。鎖相環(huán)電路使用的大多數(shù)VCXO器件必須具有良好的相位噪聲特性。如果應(yīng)用上對(duì)相應(yīng)噪聲有嚴(yán)格要求，選用VCXO時(shí)就一定要規(guī)定相位噪聲允許的范圍。
6 線性度
VCXO振蕩頻率隨控制電壓變化的函數(shù)關(guān)系是非線性的。設(shè)計(jì)優(yōu)良的VCXO，其頻率與控制電壓的函數(shù)曲線接近直線，偏離直線的范圍控制在±10％以內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，VCXO的牽引度越大，它的線性度就越差。大多數(shù)VCXO的頻率與控制電壓的函數(shù)曲線都具有正斜率而且是單調(diào)的。因此，當(dāng)控制電壓增加時(shí)，牽引度就變大。
信息來(lái)自：鉭電容 陶瓷電容 二、三極管 晶體振蕩器
