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温度補償水晶発振器(TCXO)

TCXO (温度補償水晶発振器)は、XO又はVCXO発振器より優れた温度安定性が必要になる設計で使用されます。標準的な水晶の安定性が30 ppmなのに対して、TCXO発振器は1 ppm未満の安定性を実現できます。

TCXOには、5 ppmから50 ppbまで、幅広い温度安定性オプションがあります。TCXO発振器には、最小の2.0 x 1.6 mmから大型サイズ、さらには軍用で使用されるTHデバイスまでさまざまなサイズがあります。

TCXOを選択する際に最も重要なのは、動作温度範囲です。-20~70 °Cが一般的で、プレミアム製品、特に許容差の小さな製品は-40~85 °Cです。


TCXOはどのように機能しますか?


TCXO発振器は、温度に対する周波数の変化を検知し、反形曲線に近い曲線を作成する補償ネットワークを使用します。これは、TCXOを公称周波数に引き戻すために使用されます。残りの誤差は記載された安定性です。たとえば、-20 °Cから70 °Cの範囲で1 ppmの場合、その温度範囲では、公称値からの誤差が1 ppmより大きくならないということを意味します。

最初期のTCXO補償のタイプの1つは「直接補償」です。直接補償デバイスでは、水晶の容量負荷を変更するコンポーネントのネットワークを使用して、温度で自然に変化する周波数をシフトしていました。もう1つのタイプは「間接補償」と呼ばれ、初期のモデルでは、温度に依存して電圧を発生するサーミスタが使用されました。これは、静電容量を変えることで水晶の周波数を変化させるバリキャップの駆動に使用されました。

今日では、バリキャップへの電圧の変更にはICが使用され、小さな温度刻みでテストすることで(水晶曲線の差異による)修正を確認しています。これらのタイプはアナログTCXOと呼ばれ、GPS / GNSSクロッキング用途に推奨されます。温動変化による周波数シフトが小さいため、温度が変化してもGPSループをロックしておくのに役立ちます。
デジタル制御のTCXOもあります。こちらはパッケージが小さく、コスト効率の高いソリューションに使われる傾向があります。デジタル制御の発振器は、内蔵ADC (アナログ-デジタルコンバータ)を使用して温度を監視しますが、温度変化がADC値に連動するデジタルステップで表現されます。
周波数が温度変化に応じて飛ぶため、GNSSソリューションには適していません。


VCTCXO - 電圧制御温度補償発振器


VCTCXO発振器はTCXOと同じ機能を備えていますが、出力周波数の精密なチューニングを可能にする電圧制御機能が追加されています。VCTCXOの特長は、発振器にVCパッド(電圧制御)が搭載されている点です。この入力には、内蔵バリキャップを制御するアナログ電圧が必要です。この入力は通常、VCTCXO周波数を制御する外部PLLの一部になっています。

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