Перейти к содержанию

TCXO — термокомпенсированный кварцевый генератор

Обычный кварц уходит по частоте с температурой и годами, и для большинства схем это неважно. Но узкополосному радиоприёмнику важно, чтобы частоты передатчика и приёмника совпадали с точностью до единиц ppm. Тогда вместо кварца ставят TCXO — генератор, который сам компенсирует температурный уход.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

TCXO (temperature-compensated crystal oscillator, термокомпенсированный кварцевый генератор) — готовый кварцевый генератор, который подстраивает свою частоту по встроенному датчику температуры и тем самым почти убирает её температурный уход. В отличие от кварцевого резонатора, это активный модуль: у него есть питание и выход, с которого снимают готовый тактовый сигнал.

Зачем он радиоприёмнику

Частоты передатчика и приёмника задаются каждая своим кварцем, и их ошибки складываются. Приёмник выдерживает только ограниченный сдвиг. У SX1276 это ±25 % полосы сигнала, а для SF10–SF12 дополнительно ±200, ±100 и ±50 ppm; действует более жёсткое из ограничений (табл. 10, параметр FERR_L).

Полоса LoRa25 % полосыТо же на 868 МГц
125 кГц31,25 кГц≈ 36 ppm
62,5 кГц15,6 кГц≈ 18 ppm
10,4 кГц2,6 кГц≈ 3 ppm

Пересчёт в ppm — наш. Для полос уже 62,5 кГц Semtech рекомендует TCXO; при больших коэффициентах расширения и длинных посылках требования к кратковременной стабильности ещё строже (разд. 4.1). У CC1101 TI задаёт полный допуск кварца ±40 ppm — с начальным допуском, ёмкостью нагрузки, старением и температурой — и оговаривает, что допустимое значение зависит от частоты и шага каналов (табл. 14).

Как подключают

TCXO заменяет кварц: его выход подают на вход генератора микросхемы. У SX1276 сигнал идёт через разделительный конденсатор на вывод XTA, XTB не подключают, в регистре RegTcxo ставят бит TcxoInputOn, размах — не больше 1,8 В (разд. 5.3.1). Обычно TCXO выдаёт срезанную синусоиду — микросхема на неё и рассчитана.

Что выбрать: кварц или TCXO

Для LoRa на полосе 125 кГц и для FSK с широким каналом обычно хватает кварца с подобранной ёмкостью нагрузки: начальный допуск, температура и старение вместе должны укладываться в запас приёмника с учётом того, что ошибается и вторая сторона. TCXO нужен, когда этот запас меньше нескольких ppm: узкие полосы, большие SF, широкий диапазон температур на улице. Он дороже кварца и потребляет ток, поэтому его ставят там, где без него не обойтись.

Частые вопросы

Нужен ли TCXO для LoRa?

Зависит от полосы. Semtech рекомендует TCXO для полос уже 62,5 кГц (SX1276, разд. 4.1). При стандартной полосе 125 кГц допустимый сдвиг между передатчиком и приёмником — ±25 % полосы, около ±36 ppm на 868 МГц (наш пересчёт), и с хорошими кварцами без TCXO обычно обходятся. При 10,4 кГц тот же запас — около ±3 ppm, и обычный кварц его не выдерживает.

Как подключить TCXO к SX1276?

Выход TCXO через разделительный конденсатор подают на вывод XTA, вывод XTB оставляют свободным, а в регистре RegTcxo (0x4B) ставят бит TcxoInputOn. Размах сигнала не должен превышать 1,8 В; ёмкость разделительного конденсатора Semtech советует уточнить у производителя TCXO (разд. 5.3.1).

Чем TCXO отличается от кварцевого резонатора?

Кварцевый резонатор — пассивная деталь, генератор собирают вокруг него внутри микросхемы, и частота плывёт с температурой по характеристике кристалла. TCXO — готовый генератор в корпусе: кварц, схема возбуждения и цепь, которая подстраивает частоту по датчику температуры. Ему нужно питание, а выдаёт он сигнал, а не подключается как резонатор.

Источники

  1. Semtech. SX1276/77/78/79 137 MHz to 1020 MHz Low Power Long Range Transceiver, datasheet Rev. 5 (August 2016) — разд. 2.5.5, табл. 10 (с. 21): FERR_L — наибольший допустимый сдвиг частоты между передатчиком и приёмником без потери чувствительности: ±25 % полосы для SF6–SF12, для SF10–SF12 также ±200 / ±100 / ±50 ppm (SF10 / SF11 / SF12), действует более жёсткое ограничение; разд. 4.1, примечание к табл. 12: для полос уже 62,5 кГц рекомендуется TCXO как опора частоты, большие SF и длинные посылки строже к кратковременной стабильности; разд. 5.3.1, рис. 39: вместо кварца можно подать внешний сигнал — обычно это TCXO с жёстким допуском; бит TcxoInputOn регистра RegTcxo = 1, сигнал на XTA (вывод 5), XTB не подключают, размах не больше 1,8 В; RegTcxo 0x4B: срезанная синусоида через разделительный конденсатор; разд. 7.1, табл. 45: начальный допуск, температурную стабильность и старение кварца выбирают по рабочим температурам и полосе приёмника
  2. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — табл. 14: кварц 26–27 МГц, допуск ±40 ppm — полный, включает начальный допуск, нагрузку, старение и температурную зависимость; допустимый допуск зависит от частоты и шага каналов; табл. «Frequency synthesizer»: допуск частоты синтезатора ±40 ppm задаёт кварц, нужная точность с учётом температуры и старения зависит от диапазона и ширины канала

Нашли ошибку?

Смотрите также