国内外高端频率控制器件的技术比较(2)

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频率源的技术指标要求不仅仅表现在精度方面，还表现在信号的频率范围、频率源工作的温度、加速度等环境条件、尺寸、功率消耗等。为了适应市场，尤其是移动设备、移动通讯和手机市场的要求，精密晶体振荡器最明显的一个特点是全集成化的OCXO和TCXO的发展。美国宾西法尼亚州立大学推出了在一个CMOS芯片上构成的OCXO。他们把振荡线路、加热电路、温度传感器和运算放大器等集成在这个芯片上，芯片尺寸仅为5 mm2，使用3.3 V电压的OCXO在室温下不经任何热绝缘的功耗为363 mW(典型商用OCXO为1～2 W)，且其频率温度稳定度还在继续改进。
不少国家相继推出了全集成化的温度补偿晶体振荡器。它把除晶体之外的所有线路全部集成在一个集成线路之中。并在TCXO的生产中包含有存储器部分的数据写入，可表现出宽温度范围内±1 ppm的较高补偿精度，从而对传统的TCXO构成了很大威胁。这种全集成化的TCXO中没有热敏电阻，而是采用半导体PN结作为温度传感器，并通过运算放大器组构成的三次函数电压发生器来与被补偿的晶体振荡器的补偿电压-温度特性相拟合，从而达到温度补偿的目的。由于采用了这样的补偿方式，对TCXO的开发实验过程也可以得到简化。而对于未补偿的振荡器的温度特性实验，只要在其全温度范围内均匀地实验5个温度点的数据即可，其中2个点是在温度的最高和最低处。封装好的振荡器外形尺寸最小可以达到3.0×5.14×1.6 mm3，同时也可采用线路的芯片进行灵活和更小尺寸的封装。YCXO的进一步发展趋势是应用数量还会大量增加，但其价格也会进一步下降。继续发展新原理的TCXO仍然是该方向上不断进行的工作之一。
微机补偿晶体振荡器(MCXO)在所有的温度补偿型晶体振荡器中仍然是补偿精度最高的。目前，以SC切晶体的双模振荡器为基础的温度补偿晶体振荡器在-55～ 85℃温度范围内可以获得±2×10-8的频率温度稳定度。如果采用软件补偿方法且仅用于测量目的，还可以获得更高的补偿精度。与基于AT切晶体的温度补偿型晶体振荡器在原理上不同的是，基于SC切晶体的MCXO一方面使用了稳定性更好的泛音晶体，另一方面，这样的MCXO不是采用对振荡器压控调节的方法，而是使用频率合成方法产生输出信号。所以，这样的MCXO具有更高的稳定度和老化指标，但其结构也更复杂。
与国内相比，国外在各种振荡器设计和生产方面和我们的最大区别在于，许多外国的公司和院校都非常注重振荡器设计的专用软件的应用和开发。而我国则主要借助于技术人员的理论知识的掌握、实验和经验的积累。美国、日本相应的晶体振荡器设计软件(如CODA和专用SPICE，对控温装置热设计的专用软件等)通过把更丰富的团体知识和经验的积累软件化来指导设计取得了更好的效果。采用振荡器设计的专用软件，首先要作的是把对振荡器的频率及性能要求以参数的形式输入相应的计算机，然后通过人机对话和软件运行来由计算机选择对应的线路和线路参数。随着软件的进一步丰富，振荡器的结构也可以被方便地设计，而且一些更特殊的要求也可以得到满足和改进。对于要求不高的OCXO，常常通过一次软件处理就可以完成设计任务。这样，晶体和关键线路器件的制作完全可以在计算机软件设计以后进行，从而节省时间和费用。而借助于实验和经验的设计方法则需要消耗更多的时间和器件，已经不能适应用户对晶体振荡器在指标、品种、数量和供货期等方面的更高要求了。虽然这方面的信息早已为国内所知，但是几乎没有在设计等方面得到应用。其原因不仅仅是对单一软件的掌握问题。
国外的企业主正是考虑到人员的更替和技术竞争等多方面的因素，他们才对产品的设计和技术发展大量采用专用软件操作。他们将公司的技术发展细节、产品设计的全部线路、结构和实验结果相对应，并将技术人员的经验积累等都存储起来。这些软件不仅仅可以起到数据库的作用，而且能够作为设计等技术决策的操作软件。这种科学的资源管理方式起到了明显的效果。