经典晶振温度补偿电路分析

经典晶振温度补偿电路分析

温补晶振TCXO的频率温度补偿电路有很多种，大的来说就有数字补偿和模拟补偿，模拟补偿又分为3/5次方曲线补偿和3/5阶段式补偿（Panasonic称为台形发生器），还有间接补偿和直接补偿之分。下图是一个经典而简洁的温度补偿电路，属于模拟间接补偿、3段式补偿。
R3,R4分压后作为VC1加到变容二极管的阴极（从电压来说是高电压端），作为变容二极管的高电压端偏置。同时也可以通过这2个电阻对晶振频率进行微调。
RT1,RT2,RT3,R1,R2,R3电阻网络的输出电压VC2加到变容二极管的阳极（从电压来说是低电压端），RT1,RT2,RT3,是负温度系数热敏电阻，其阻值随温度变化，因此vc2也会随温度变化，变容二极管的电容也就随温度变化，进而使晶振的输出频率随温度变化。
晶体的频率温度特性大致是个三次方曲线，这是数学上的说法。观察晶体的曲线，可以发现常规的AT切晶体曲线可以近似用三段折线代替，低温段（约-5度以下）是正斜率，中温段（约-5~+60度）为负斜率，高温段（约+60度以上）为正斜率。使用3个热敏电阻分别对此3段进行补偿。
RT1,RT2,RT3的阻值是不同的，分别对应低温，中温和高温段补偿。下面定性说明如何实现补偿。
在低温段，RT2,RT3的阻值变得很大，定性分析时以致我们可以把该支路的作用忽律，仅来看Rt1的作用：
温度升高—>RT1阻值减小-àVC2电位升高à变容管的电压差减小à变容管的电容增大à晶振频率减小，因此RT1导致的晶振频率变化与温度变化是负相关的，这与晶体频率在低温段的正斜率曲线正好形成补偿作用，调整RT1和R1的值有可能出现较完全的补偿。
同理，也可对中温段和高温段分析得出同样的结论。

图中Vref是一个稳定的电压基准，温度系数要＜100PPM/度，一般由晶振内部的稳压器件提供。