TCXO는? - analogue TCXO의 구성

 

 

 

TCXO는 온도 보상형 crystal oscillator(Temperature Compensated Crystal Oscillator)입니다.

 

1990년대 이후로 보다 정밀한 주파수 control에 대한 수요가 높아져 왔습니다.

이는 무선통신의 영역 확장에 따라 활용 가능한 frequency의 spectrum이 한정되게 되고

이에 따라 보다 tight한 주파수 안정도에 대한 요청이 강제되는 상황에서

이 수요는 보다 폭발적입니다.

이러한 oscillator의 작동환경상 온도변화에 대하여 고 안정도를 얻기 위한

방법은 두 가지 기술에 의해 구현되고 구성됩니다.

하나는 온도control이고 또 하나는 바로 온도 보상입니다.

 

Crystal oscillator의 주파수 안정도에 관여하게 되는 factor는 광범위합니다.

Voltage의 variation, 시간, 온도 등이 대표적인 factor입니다.

일반적으로 주파수 안정도는 nominal frequency에 대한 주파수 편차량을 표기하며

Percentage 혹은 ppm(part per million)의 단위를 사용합니다

 

온도 조정은 oscillator 내부에 일정한 온도를 유지시켜주도록 하는

감지 부품을 통하여 구현합니다.

이는 OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator)의 항온조를 통하여 구현되는데

“항온조- 일정한 chamber안에 일정한 온도를 유지시켜주는 기능”

이를 통하여 넓은 작동온도 범위 내에서 월등한 주파수 안정도를 얻게 해줍니다.

그러나 OCXO가 가진 작동 전력의 한계, size의 한계, 비용의 제한 등이

OCXO의 고 안정도를 TCXO를 통하여 구현함으로써

주파수 안정도의 희생 대신에 OCXO에 대하여 상대적 저비용, 작은 사이즈, 그리고 낮은 소비전력을

얻을 수 있게 되는 것입니다.

 

TCXO의 온도 보상은 다른 한편으로 온도변화에 대응하는 소자를 통하여

주변 온도 변화로 발생하는 주파수 shift값을 보정하는 기술입니다.

이 보정 기술의 가장 중요한 구현 원리는

기존에 발전한 AT-cut crystal oscillator의 주파수 안정도에 대한 원리 응용과

Oscillator의 발진원리가 외장 capacitance 값에 대하여 병렬 공진한다는 원리로부터 출발합니다.

즉 crystal oscillator의 주파수 안정도 기능은

Crystal의 외장 load capacitance 값을 통하여 온도보정을 구현한다는 의미와 같습니다. 

 

이를 위하여 TCXO는 varactor(Voltage-Variable capacitor)를 내장하여 구성되며

이는 온도 변화에 대하여 digital 방식 혹은 thermistor network를 통하여 제어되는

온도 대응 varactor를 내장하거나

특수한 온도대응 수동부품들을 통하여 회로상의 공진주파수를 조정함으로써

본래의 기능을 수행하게 됩니다.

이러한 passive TCXO의 장점은 일반 oscillator에 아주 작은 size의 확대와

최소화한 전류의 추가, 최소화한 warm up time-

Warm up time of oscillator: oscillator의 주파수 값이 일정해질 때까지의 self heating time-

으로 구현된다는 것에 있습니다.

일번적으로 -20도에서 +70도 사이의 +/-2ppm의 주파수 안정도는

바로 이러한 온도보상 components들에 의하여 만족될 수 있습니다.

이를 discrete type TCXO 혹은 analogue type TCXO라고 규정합니다.

 

 출처 : http://blog.naver.com/pungum82/100047581733