1 简介

VCXO是一种频率控制设备，允许输出频率随输入电压的变化而变化。在为任何应用选择VCXO时，必须考虑许多设备性能规范。本应用说明试图阐明关键的VCXO特定性能规范，并说明在应用程序中使用VCXO的一些折衷方法。

2 牵引范围、绝对牵引范围

牵引范围（PR）是指在标称条件下，在其最大范围内改变控制电压而产生的频率偏差量。

绝对牵引范围（APR）是在所有环境和老化条件下保证的可控频率范围。实际上，它是在考虑了温度、电源电压和老化等变量的频率稳定性公差后剩余的拉力范围，即：

        公式1

其中，F_stability是指由于温度、电源和负载的初始公差和变化而产生的设备频率稳定性。

图2显示了典型的SiTime VCXO FV特性。FV特性随条件而变化，因此在给定输入电压下的频率输出变化与VCXO的指定频率稳定性相同。对于这种VCXO，频率稳定性和APR是相互独立的。这允许在不影响频率稳定性的情况下提供非常广泛的牵引范围。

图2：典型SiTime VCXO FV特性

图3显示了典型的基于石英的VCXO频率与电压（FV）特性。对于石英晶振VCXO，为了获得更高的APR，通常需要使用较低Q值的晶体，以使晶体更“可牵引”。然而，这也会降低频率稳定性。因此，必须在应用程序要求的最低APR和该APR可用的最低频率稳定性之间进行权衡。通常，最好选择满足应用程序要求的最低APR。

图3：典型石英VCXO FV特性

3 上下限控制电压

上限和下限控制电压是输入电压范围的规定极限（见图2）。施加高于上下限电压的电压不会导致输出频率的显著变化。换句话说，VCXO的FV特性饱和超过这些电压。图2和图3显示了这些电压作为下控制电压（VC_L）和上控制电压（VC_L）。

4 牵引线性

在任何VCXO中，FV特性都会偏离理想直线。线性是该最大偏差与总拉力范围的比率，以百分比表示。

典型的石英压控晶体通过变容二极管实现频率控制功能，从而产生弯曲的FV特性（图4）。这些设备的线性规格通常在5%到10%的范围内，如图5所示。为了进行比较，图6显示了SiTime的380X系列VCXO的线性度。该特性非常线性，通常远小于1%（图7）。

5 FV特征斜率，Kv

在许多低带宽PLL应用中，FV特性的斜率是一个关键的设计参数。斜率是FV特性的导数——频率偏差除以在小电压范围内产生该频率偏差所需的控制电压变化，如下所示：

            公式2

它通常以kHz/volt、MHz/volt、PPM/volt或类似单位表示。基于PLL设计中使用的术语，斜率通常被称为“Kv”。

标准石英VCXO的FV特性斜率可能在输入控制电压范围内发生显著变化，通常为10-20%。一些数据表可能会将“平均”Kv指定为典型值，但由于Kv会影响重要的PLL性能参数，如带宽和相位裕度，因此必须在成功的测试中理解并考虑整个Kv变化设计。

图6和图7显示了典型的石英基和SiTime VCXO 380X系列特性。SiTime 380X VCXO系列的极端线性特性意味着整个输入电压范围内的Kv变化非常小（通常<1%），显著降低了PLL设计者的设计负担。

6频率变化极性

频率变化极性指定电压频率特性的斜率是正（增加电压会增加输出频率）还是负（增加电压会降低输出频率）。SiTime 380X系列VCXO提供正斜率选项。

7控制电压带宽

控制电压带宽，有时称为“调制速率”或“调制带宽”，是输出频率跟踪输入电压变化的速率。在大多数VCXO中，输出频率变化与输入电压变化的比率（以前用Kv表示）具有低通特性。调制率定义为在相同电压范围内扫描直流输入时，相对于Kv，Kv降低3 dB的调制率。

例如，具有±150 ppm牵引范围和0-3V控制电压的零件可被视为具有100 ppm/V的平均KV。应用1.5V DC±0.5V的输入会导致输出频率为100 ppm（±50 ppm）。如果控制电压带宽指定为8 kHz，则随着控制电压频率增加至8 kHz，输出频率变化的峰峰值将降低至100 ppm/√2（71 ppm）。

8 结论

本文件定义并澄清了最重要的VCXO性能规范，并说明了传统石英VCXO和SiTime VCXO在这些规范中的一些重要差异。关于性能参数之间权衡的更详细讨论将在单独的文件中给出。

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