Frekvensgenerering

Kristalloscillatorer

Kristalloscillatorer är elektroniska svängningskretsar som baseras på mekanisk resonans från en kristall av piezoelektriskt material, med syfte att skapa en elektrisk signal av en viss frekvens och med god stabilitet. Användningsområden är exempelvis klocksignal för processorer eller för att stabilisera frekvensen i radiosändare och mottagare. Kristalloscillatorn sätts i svängning genom att applicera en spänning på en elektrod nära eller på kristallen. Kristaller tillverkas för frekvenser på några tiotal kHz till högt upp i MHz-området. Största antalet kristalloscillatorer används i konsumentelektronik som klockor, radio, datorrelaterade produkter, mobiltelefoner samt i mätutrustningar som räknare, signal-generatorer, oscilloskop och nätverksanalysatorer.

Frekvensen på kristalloscillators kan vara antingen den fundamentala resonansfrekvensen eller en multipel av denna, den så kallade harmoniska frekvensen. Många mekaniska resonatorer uppvisar ett flertal variationer i svängningsfrekvens, så kallade övertoner vilka kan framhävas i oscillator-designen men som inte är lika exakta som den fundamentala frekvensen. Högfrekvenskristaller är ofta designade för att arbeta på 3:e, 5:e eller 7:e övertonens frekvens. Att tillverka kristaller som är tillräckligt tunna för höga frekvenser är svårt. När man använder övertoner kan man fortfarande använda en tjockare kristall men oscillatorkretsen blir vanligtvis lite mer avancerad.

En positiv detalj med kvartskristalloscillatorn är att den uppvisar lågt fasbrus. Detta gör dem lämpliga för applikationer inom telekommunikation, för test och i vetenskapliga sammanhang där stabilitet och precisa tidsreferenser krävs.

En kristalloscillators frekvens påverkas av kristallens åldring över tiden. Momentant påverkas frekvensen också av förändringar i miljön som temperaturförändringar, vibration och tryckförändringar. Så kallade TCXO’er och OCXO’er är konstruerade för att ge en stabil frekvens över ett bredare temperaturområde. Kretsar för temperaturkompensering påverkar ibland brusnivån.

VCXO oscillatorer används inom digital TV, datakommunikation, datorer och sändare av olika slag. I en VCXO styrs frekvensen med en spänning, typiskt mellan 0 och 3 V.  Det finns även temperaturkompenserade VCXO’er så kallade TCVCXO’er. I applikationer där VCXO’er används är jitter vanligtvis en viktig parameter. Jitter är relaterat till fasbrus, men mäts i tidsdomän.
 

VCO’er och synthesizers

I en spänningsstyrd oscillator (VCO) styrs frekvensen med spänning precis som namnet säger. I VCO’er för RF-frekvenser ges frekvensen av en keramisk resonator, en SAW-resonator eller en planarresonator. Tillsammans med fasdetektorer och loopfilter är VCO’er en viktig byggsten i faslåsta loopar. I en faslåst loop låses frekvensen på utgången till en referensfrekvens på ingången. Faslåsta loopar används i synthesizers där flera frekvenser skapas från en referensfrekvens. Synthesizers tillhandahåller lokala oscillatorsignaler i RF upp- och nedkonvertering.







 

Comptronic AB       Telefon: 08-564 706 70       E-post: mailbox@comptronic.se       Adress: Stormbyvägen 2-4, 163 55 Spånga       Öppettider: må–fr: 08.30–17.00