往年统计美国先进的精密石英晶体振荡器制造商的名单中，总是少不了Greenray晶振公司，1961年成立到现在，这家公司已经积累了相当丰富的有源晶振设计量产知识和资历。2013年至2016年连续获得IDS供应商卓越奖，Greenray公司开发的恒温晶振，温补晶振，压控晶振有着极其稳定的性能。将近60年的制造经验，使Greenray掌握了核心的工艺技术，和生产加工方法，因此在美国频率元件领域里，算得上是数一数二的。
自从使用石英晶体作为频率控制装置以来，已经出现了不断寻求提高它们的温度稳定性。在简要回顾了水晶的历史之后振荡器温度补偿，本文将描述TCXO的最新技术温度补偿技术和相关的晶体谐振器。
当第一个晶体振荡器建于20世纪20年代时，唯一可用的晶体，如X-cut，展示了差的温度性能。AT-cut晶体的开发是朝着制造方向迈出的重要一步温度补偿可行的。AT-cut提供了相对平坦的频率对温度曲线以+25℃为中心。直到20世纪40年代中期，晶体的老化和温度特性还不足以使精确的校正变得实用。泄漏封装导致老化漂移不良晶体板和晶片设计中的缺陷产生具有严重活性下降和耦合的晶体模式[3]。这产生了显著的频率扰动，限制了任何尝试的有效性补偿。但是在石英板设计和晶体封装方面的进步，比如冷焊夹具使得可以生产具有相对平滑的频率-温度曲线和老化速率的晶体低至每天1X10-9(或1X10-3ppm)。

图1.特征温度曲线族AT切割晶体的基频
50年来热敏电阻/电阻TCXO晶振一直是主流晶体振荡器温度补偿，产生校正电压通过一个或多个热敏电阻的网络取消电压控制的频率与温度的变化晶体振荡器。介绍电压可变电容变容二极管随着负温度的提高系数热敏电阻使其成为可能补偿晶体的精度更高。早在1961年，补偿比就更大了超过100比1。这个会表示具有峰-峰偏差的晶体可以补偿40ppm的温度达到0.4ppm的水平。今天，两个数量级的比率约为极限热敏电阻/电阻补偿虽然通过改进的自动化系统实现了这一水平和计算机分析能力。但即使在今天，实现优于0.5ppm的稳定性也需要多次使用至少三个热敏电阻进行温度运行和重复网络调整。一些尝试使用电阻调整或热敏电阻灵敏度的数字调整自动完成补偿过程已经取得了一定的成功，但这些配置无法轻松集成为小型包装尺寸要求。
到20世纪70年代后期，集成电路技术的进步使得实现补偿系统变得切实可行采用模数转换和固态存储器。虽然实现了根据今天的标准，数字温补晶振的性能优于0.1ppm几家公司，包括Rockwell Collins和Greenray Industries。其他数字实现有多年来一直在开发，许多具有嵌入式计算能力，以方便校准和系统操作。一些采用精心设计的温度测量方案，如双模晶体自调节传感。尽管这些设计中的一些实现了0.05ppm或更高的温度稳定性，但它们是更大且相对复杂的组件，通常具有寄生噪声产生问题。
随着大规模集成的能力不断扩大，可以包括更多的温度补偿到单个IC所需的功能。这导致了当前这一代ASIC允许构建仅具有两个组件的精密模拟TCXO：ASIC加上石英晶体谐振器。为TCXO应用而出现的最新器件是结合精度的复杂的大规模IC模拟功能，非易失性数字存储，变容二极管和RF振荡器电路。
ASIC的核心是多项式函数发生器引擎。目标是产生温度变化电压将匹配压控晶振电压，以保持振荡器频率精确地符合标称值在整个温度范围内。从线性温度传感器开始，然后使用一系列模拟乘法，模拟高阶多项式的系数。此功能描述为：

其中a0到a5是要生成的多项式的系数，T是当前温度，Ti是晶体的拐点温度（晶体曲线相对于中心的温度）下转弯点和上转弯点，通常在+26°C左右）。校准变量的调整范围以覆盖AT切割的晶体角度随温度的变化。所有温度参考晶体拐点温度。系数值存储为数字芯片上非易失性寄存器中的数字。虽然理想的AT贴片晶振应遵循三阶曲线，电路和晶体中的非线性要求包括更高阶的项以获得a匹配所需的补偿电压曲线。晶体拐点温度在匹配中很重要，曲线是必须可编程的变量之一，以便使用更广泛的晶体。一些微型带状晶体可能具有高达40°C的弯曲度，这可以实现精确的曲线拟合难。
除函数发生器外，所有其他振荡器功能都包含在最新的芯片中。一个精度低压差（LDO）稳压器为所有片上电路供电。因为稳定必须保持的电压，以达到所需的频率稳定性，精确的参考电压来源至关重要。可以低至+2.7Vdc的操作。晶体振荡器驱动电路是片上可编程晶振驱动电流，以容纳a晶体阻抗和频率范围。调节振荡器频率的电压可变电容器通常将其实现为MOS结构而不是传统的掺杂结型二极管。一个由于器件的低电压操作，需要相对高的调谐灵敏度，并且可能超过50ppm/V。

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