了解TC-OCXO

    在过去的几年中，诸如蜂窝基站、卫星通信、安全无线电设备和GPS等应用发展十分迅猛。在移动应用中，信号质量是一个关键的问题。在GPS和其他定位系统（比如求救信标）中，一项至关重要的需求是实现更加优良的位置精确度，在军事领域中尤其如此。虽然上述两种要求均可通过提高频率基准源的稳定性来满足，但这样的解决方案会给元件的外形尺寸、功耗以及成本带来不利的影响。

TCXO与OCXO

    长期以来，温度补偿型晶体振荡器（TCXO）一直被用于提供移动和远程设备用小型、低功耗、高稳定性基准源。稳定性最高的TCXO基于温度补偿ASIC，这是一种数字可编程模拟器件（比如C-MAC公司的Pluto ASIC，见图1），它采用4次切比雪夫（Chebyshev）多项式来针对环境温度的影响对振荡器的频率输出进行补偿。

    这些TCXO的尺寸最小可至5mm×3.2mm，功耗低至几瓦（W），但其在工作温度范围内的频率稳定性则被限制在了±0.14×10-6。为了获得超越TCXO的频率稳定性，需要采用另一种不同的器件，即烘箱控制型晶体振荡器（OCXO）。

                           

    在OCXO中，将整个振荡器置于一个被维持在高于规定工作温度范围上限的恒定温度上的“烘箱”之中，从而使得环境温度的影响实际上被消除。与最稳定的TCXO相比，OCXO的频率稳定性可高出三个数量级，但其缺点则是体积较大、价格较高，而且，即使是在初始温升之后，其稳态功耗通常也不低于1W。

“TCXO加热法”的局限性

    有许多家团体都曾尝试通过“TCXO加热法”来实现温度补偿和烘箱控制的优势组合 —— 也就是把TCXO组件安装在一个加热器上，当环境温度降至某一特定门限（比如：0℃）以下时，加热器将启动。这样做的确使功耗较之传统OCXO有所降低，并由于晶体所承受的温度范围的缩小而使稳定性得到了一定程度的改善。然而与现有器件相比，整体频率稳定性仍处于劣势。

    上述方法的主要局限在于每个TCXO在出厂时均必须进行设置，并在其整个工作温度范围内针对稳定性与温度的关系曲线进行频率校正信号的优化。假设该操作在加热器关断情况下进行，TCXO校正曲线将在组件处于热平衡的条件下进行优化，即使因为来自振荡器的热量和穿过TCXO组件的热流的缘故而令晶体与温度传感器之间存在温度偏差时也不例外。

    在实际使用中，给TCXO组件加热将改变热流，而且晶体与温度传感器之间的温差也将随之而发生变化，这样一来校正信号将不再被优化。这有可能导致频率偏差比原来的TCXO更大。谨慎的热设计和材料选择会使该问题得到缓解，但又将造成元件成本的上扬。

TC-OCXO方法：对OCXO进行补偿

    温度补偿型烘箱控制晶体振荡器（TC-OCXO）把与OCXO相当的稳定性与更加接近TCXO的功耗、尺寸、重量和成本组合在了一起。

    TC-OCXO方法采用一个天然OCXO的输出，并对其施加TCXO补偿（而不是运用相反的方式）。一个小型化烘箱将未经补偿的晶体振荡器大致保持在略高于其规定工作温度范围的恒温状态之下，比如：当工作温度范围为-40℃～+85℃时，该恒温范围为90℃～95℃。

    由于烘箱并不具有传统OCXO所需要的严格温度要求，因此能够以低得多的成本以及较小的封装来实现。然后便可将整个组件视作为一个TCXO。

    温度扫描是在工厂里完成的，每个器件都采用一个在其即将被使用的热稳定环境（比如，在烘箱开启的情况下）中生成的校正曲线来进行设置。实际上，TC-OCXO的性能与TCXO相似，仅仅存在几度的温度波动。

    总的说来，TC-OCXO能够提供比大多数最稳定的TCXO高出几乎一个数量级的总体稳定性。初期规范可在-20℃ ～70℃的温度范围以及5～20MHz的标准频率范围内实现±0.05×10-6的稳定性，并可针对老化效应进行±5×10-6的高线性频率调节。当工作电压为3.3V时，功耗将低于400mW（在-20℃稳态条件下），即使在升温期间也只有1.0W。与传统的OCXO相比，除了占用空间和功耗方面的节省之外，成本的节约也是很显著的。