壓控晶體振蕩器（VCXO）是通過(guò)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(guò)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(kāi)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(wèn)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(guò)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。控制電壓為（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(méi)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(guò)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(guò)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
