淺析晶體振蕩器選型中的幾個問題
壓控晶體振蕩器（VCXO）是通過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，
其工作原理是通過控制電壓來改變變?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。那么壓控晶體振蕩器選型中究竟注意哪些問題
呢？
壓控晶體振蕩器（VCXO）是通過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，
其工作原理是通過控制電壓來改變變?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。
1、 VCXO 允許頻率控制的范圍比較寬，牽引度一般為（±35~±50）×10-6,
實際可達(dá)±200×10-6.
隨著現(xiàn)代無線通信系統(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)國家競相開發(fā)與生產(chǎn)高水平的產(chǎn)品來滿足日
益增長的市場需求。
VCXO 技術(shù)規(guī)范中列有多項性能參數(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。一般來說，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，對于在設(shè)計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)的特點和選用時應(yīng)注意的問題。
2、VCXO 的確定
首先，要弄清楚具體應(yīng)用場合是需要 VCXO,還是一般的振蕩器。當(dāng)設(shè)計人員
希望通過外加控制電壓來對振蕩器的頻率作小范圍的調(diào)諧時，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 VCXO 進(jìn)行調(diào)諧時，振蕩頻率會發(fā)生改變；但偏離標(biāo)稱頻率的各個頻率值
在工作溫度范圍內(nèi)同樣是穩(wěn)定的。必須注意，對于一個給定的頻率而言，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。這是因為硅存在顫動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 時就產(chǎn)生中心頻率�？刂齐妷簽椋�0.5~4.5）V 的 VCXO,其頻率變化曲
線的斜率為正。也就是說，當(dāng)控制電壓從2.5V 上升為4.5V 時，振蕩器的頻率將
增大；當(dāng)控制電壓從2.5V 降為0.5V 時，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)過程，這一點很重要。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與數(shù)字信號分別接地。
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)過程或波紋產(chǎn)生的調(diào)制還
會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)求積分而推算出來的。相位噪聲是根據(jù)頻率相對于中心頻率的偏移量來界定
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)用上對相應(yīng)噪聲有嚴(yán)格要求，選用 VCXO 時就一定要規(guī)定相
位噪聲允許的范圍
