往年統計美國先進的精密石英晶體振蕩器制造商的名單中，總是少不了Greenray晶振公司，1961年成立到現在，這家公司已經積累了相當豐富的有源晶振設計量產知識和資歷。2013年至2016年連續獲得IDS供應商卓越獎，Greenray公司開發的恒溫晶振，溫補晶振，壓控晶振有著極其穩定的性能。將近60年的制造經驗，使Greenray掌握了核心的工藝技術，和生產加工方法，因此在美國頻率元件領域里，算得上是數一數二的。
自從使用石英晶體作為頻率控制裝置以來，已經出現了不斷尋求提高它們的溫度穩定性。在簡要回顧了水晶的歷史之后振蕩器溫度補償，本文將描述TCXO的最新技術溫度補償技術和相關的晶體諧振器。
當第一個晶體振蕩器建于20世紀20年代時，唯一可用的晶體，如X-cut，展示了差的溫度性能。AT-cut晶體的開發是朝著制造方向邁出的重要一步溫度補償可行的。AT-cut提供了相對平坦的頻率對溫度曲線以+25℃為中心。直到20世紀40年代中期，晶體的老化和溫度特性還不足以使精確的校正變得實用。泄漏封裝導致老化漂移不良晶體板和晶片設計中的缺陷產生具有嚴重活性下降和耦合的晶體模式[3]。這產生了顯著的頻率擾動，限制了任何嘗試的有效性補償。但是在石英板設計和晶體封裝方面的進步，比如冷焊夾具使得可以生產具有相對平滑的頻率-溫度曲線和老化速率的晶體低至每天1X10-9(或1X10-3ppm)。

圖1.特征溫度曲線族AT切割晶體的基頻
50年來熱敏電阻/電阻TCXO晶振一直是主流晶體振蕩器溫度補償，產生校正電壓通過一個或多個熱敏電阻的網絡取消電壓控制的頻率與溫度的變化晶體振蕩器。介紹電壓可變電容變容二極管隨著負溫度的提高系數熱敏電阻使其成為可能補償晶體的精度更高。早在1961年，補償比就更大了超過100比1。這個會表示具有峰-峰偏差的晶體可以補償40ppm的溫度達到0.4ppm的水平。今天，兩個數量級的比率約為極限熱敏電阻/電阻補償雖然通過改進的自動化系統實現了這一水平和計算機分析能力。但即使在今天，實現優于0.5ppm的穩定性也需要多次使用至少三個熱敏電阻進行溫度運行和重復網絡調整。一些嘗試使用電阻調整或熱敏電阻靈敏度的數字調整自動完成補償過程已經取得了一定的成功，但這些配置無法輕松集成為小型包裝尺寸要求。
到20世紀70年代后期，集成電路技術的進步使得實現補償系統變得切實可行采用模數轉換和固態存儲器。雖然實現了根據今天的標準，數字溫補晶振的性能優于0.1ppm幾家公司，包括Rockwell Collins和Greenray Industries。其他數字實現有多年來一直在開發，許多具有嵌入式計算能力，以方便校準和系統操作。一些采用精心設計的溫度測量方案，如雙模晶體自調節傳感。盡管這些設計中的一些實現了0.05ppm或更高的溫度穩定性，但它們是更大且相對復雜的組件，通常具有寄生噪聲產生問題。
隨著大規模集成的能力不斷擴大，可以包括更多的溫度補償到單個IC所需的功能。這導致了當前這一代ASIC允許構建僅具有兩個組件的精密模擬TCXO：ASIC加上石英晶體諧振器。為TCXO應用而出現的最新器件是結合精度的復雜的大規模IC模擬功能，非易失性數字存儲，變容二極管和RF振蕩器電路。
ASIC的核心是多項式函數發生器引擎。目標是產生溫度變化電壓將匹配壓控晶振電壓，以保持振蕩器頻率精確地符合標稱值在整個溫度范圍內。從線性溫度傳感器開始，然后使用一系列模擬乘法，模擬高階多項式的系數。此功能描述為：

其中a0到a5是要生成的多項式的系數，T是當前溫度，Ti是晶體的拐點溫度（晶體曲線相對于中心的溫度）下轉彎點和上轉彎點，通常在+26°C左右）。校準變量的調整范圍以覆蓋AT切割的晶體角度隨溫度的變化。所有溫度參考晶體拐點溫度。系數值存儲為數字芯片上非易失性寄存器中的數字。雖然理想的AT貼片晶振應遵循三階曲線，電路和晶體中的非線性要求包括更高階的項以獲得a匹配所需的補償電壓曲線。晶體拐點溫度在匹配中很重要，曲線是必須可編程的變量之一，以便使用更廣泛的晶體。一些微型帶狀晶體可能具有高達40°C的彎曲度，這可以實現精確的曲線擬合難。
除函數發生器外，所有其他振蕩器功能都包含在最新的芯片中。一個精度低壓差（LDO）穩壓器為所有片上電路供電。因為穩定必須保持的電壓，以達到所需的頻率穩定性，精確的參考電壓來源至關重要。可以低至+2.7Vdc的操作。晶體振蕩器驅動電路是片上可編程晶振驅動電流，以容納a晶體阻抗和頻率范圍。調節振蕩器頻率的電壓可變電容器通常將其實現為MOS結構而不是傳統的摻雜結型二極管。一個由于器件的低電壓操作，需要相對高的調諧靈敏度，并且可能超過50ppm/V。

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