分析改进高频宽压控晶振频率温度稳定性的办法

李 宁，宗佳磊

（河北远东通信系统工程有限公司，石家庄 050000）

1 引言

晶体振荡器被广泛用作各种仪器和设备中作为高度稳定的频率源。其中，压控晶体振荡器因为其频率具有可调的特征，已经成为各种接收机与应答机中重要的元器部件。这些元器件容易受接收信号与发送信号形成的普勒频移影响以及长时间工作下下晶体容易老化，因此通常都会限制电压控制晶体振荡器的电压控制范围相对较宽，另外为了更加适应室外以及其他的各种环境，也需要保持良好的温频稳定性在宽温度范围之内。石英谐振器与振荡电路的温度特性是影响压控晶体振荡器频频温稳定性的重要原因。对于高频宽压控晶体振荡器，相对于石英谐振器的温度频率特性，晶体振荡器的温度频率特性经常出现偏移和恶化。如果在应答机中使用晶振，应答器在宽温下其信号的搜索范围会降低，而且会影响其使用性能的发挥。本文从分析影响宽压控晶振温度稳定性的相关因素为切入点，在此基础上探讨了一些可行的改进措施。

2 温频特性影响因素分析

（1）压控晶振温频特性

石英谐振器与振荡电路的温频特性这两部分构成了压控晶振的温频特性。其中，石英谐振器作为晶振的重要元件，其对于一定的切型、切角及频温都有相应的特性。另外，关于AT切石英谐振器的温频特性属于一种三次函数：f=f0+a0（T-T0）+b0（T-T0）2+c0（T-T0）3，式中，a0，b0，c0为参考温度下的一、二、三级温度系数；T0为参考温度。

（2）压控晶体振荡器的原理

AT切石英谐振器通常用于压控晶体振荡器。通过在振荡电路中加入一个可调元件，振荡频率可以通过电压控制进行调整。变容二极管是一个元件，通常作为可调元件，由施加电压的变化来改变电容，通过改变变容二极管两端的电压，改变石英谐振器的负载电容，最终改变谐振电路的谐振频率，实现电压的控制。当电压控制要求的范围相对较大时，相应的必须增设频率扩展网络来达到改变谐振电路阻抗-频率特性的效果。另外振荡电路中其他元器件也会产生干扰，致使晶振的温频特性会随着石英谐振器的频温特性变化而改变，而且高低温反转点都产生了一定的偏移，翻转点的频率差也发生了变化。在正常情况下，电路中元器件间的频率-温度特性的影响都会比较小，因此晶振的电压控制范围过宽时就会使振荡电路中的各部件的温频率特性的影响变大。另外为了保障谐振电路正常运行，通常都会采用相对较大的激励功率，这就会造成晶体振荡器的温度特性一定影响。对于高频压控晶体振荡器而言，这种现象会更加的明显。尽管可以通过控制温度或者升温来提高压控晶振的温频特性，但与此同时也会使电路功耗和复杂度显著增加。所以，为了提高高频压控晶振的温度-频率特性，就必须采取其它更加便捷、有效的措施来减少振荡电路的影响。

3 改善压控晶振温频特性的措施

（1）选择合理的压控范围

通常可以通过牺牲谐振回路的品质因数来保障压控晶振的频宽。当处于不同的压控范围或者压控范围相对较大时，处于振荡电路中的元器件对晶振温频特性产生的影响也会明显不同。例如，将104.2MHz的压控晶振分别设置在±37 ×10-6和±48×10-6的压控范围下，其相对温频曲线的中心值会产生平移引起振荡电路温频特性产生相应的变化。从中可以看到，相对于石英谐振器，在不同的压控范围下时，压控晶振温频曲线上的高低温翻转点会发生一定的变化。与此同时晶振与振荡电路的温频特性也会产生明显的差异，可通过缩小振荡电路的压控范围来实现改善晶振温频特性的目标。所以，结合实际需求，选择合理的压控范围，科学合理地对频率展宽网络相关参数进行调节，另外需要注意不要过分展宽，那样会恶化晶振温频特性。

（2）激励功率的设置要合理

假如石英谐振器的激励过大，则晶振频率的稳定性就会降低。事实上，石英谐振器的频温曲线从理论上来看并不是一个理想三次曲线，而且跳点情况经常发生，同时跳点的幅度会随着激励的增大而增大，位置也会随之改变从而造成晶体温频曲线产生明显的变形。除此之外，过度的激励对于振荡电路而言也会给电路中其他一些元件造成一定的影响，最终造成晶振的温度频率稳定性进一步的降低。

4 结束语

综上所述，过度的激励和过宽的压控范围都会降低高频压控晶振的温频稳定性。在这方面，在不使用相对复杂的温度控制措施的状态下，通过合理的控制振荡电路的压控范围及石英谐振器的激励功率可以提高晶体的温度-频率特性。最后，实际验证充分说明了该办法可以在较宽的温度范围内有效提高高频宽压控晶体振荡器的频率稳定度，实现性能稳定一致的目标，它也符合整机系统的应用需求，具有一定的实际应用意义。

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