多年來,制造商一直尋求提供一種緊湊封裝的石英晶體振蕩器,提供緊密的穩定性.烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)提供了極好的穩定性,但是對于便攜式應用,特別是對于要求苛刻的軍事應用,OCXO封裝可能太大,并且可能需要電池提供過多的電能.
Greenray新推出的T75系列TCXOs(溫度補償晶體振蕩器)滿足了對緊密穩定性,緊湊封裝和低功耗的需求.
任何振蕩器的核心都是水晶,石英晶振.新T75系列TCXOs采用姐妹公司Statek公司的AT條晶體,與普通圓形毛坯晶體相比,這種晶體具有明顯的優勢.
AT帶晶體非常堅固,能夠承受非常高的沖擊和振動水平.這種晶體的特殊版本經受住了高達100,000克的沖擊,非常適合在智能彈藥等惡劣環境中使用.該晶振的典型g靈敏度在最差軸(Z軸)為2.5X10-9/g,在X軸和Y軸小于2X10-10/g.
G-靈敏度可以進一步提高到Z軸上大約3×10-10/g,從而將沖擊和振動對穩定性和相位噪聲的影響降至最低.這對于依靠在沖擊,加速度和振動下的一致性能的便攜式和機載應用非常重要.使用較低g敏感性晶體的缺點是老化性能略有下降.
使TCXO晶振更接近OCXO穩定性的限制因素之一是晶體擾動.擾動是在特定溫度下發生的孤立事件,通常僅超過幾度,導致晶體的頻率跳躍高達百萬分之幾(ppm).
所有晶體本身都有擾動——重要的是它們有多少和有多大.在制造過程中,溫度上的擾動是非常可重復的.關于晶體擾動的起源,有許多理論,包括空白應力,清潔度和微粒物質留下
水晶.
Greenray晶振與Statek合作,將AT帶擾動顯著降低到通常小于1×10-7,以補償2×10-7的溫度穩定性.重要的是每兩度測試溫度范圍內的緊密穩定性TCXOs,以確保擾動不超過規范.
AT條晶體的設計也是為了提高老化性能.TCXOs的長期老化非常好,通常遠低于1pm/年,預計10年內將達到3pm或更低.圖1顯示了一個40HzTCXO長期老化的例子.
圖1
為了提高TCXO性能,Greenray使用模擬溫度補償.這比利用數字補償對短期穩定性和相位噪聲的影響更小,數字補償雖然可以產生非常穩定的單元,但也可以引起頻率跳變,在系統級別造成嚴重破壞,引起鎖定問題和噪聲問題.
Greenray專有的模擬補償采用五階多項式曲線擬合.解釋這一點的一個簡單方法是,補償等級越高,溫度曲線上可以補償的點就越多.這一點很重要,因為晶體在溫度范圍內沒有遵循完美的曲線擬合.換句話說,五階補償將產生比三階補償更穩定的振蕩器,因為它可以解釋貼片晶振更多的不穩定性.
這使得T75能夠在-20°C至+70°C范圍內提供0.2pM的穩定性,在-40°C至+85°C范圍內提供0.3pM的穩定性,在-55°C至+90°C范圍內提供1pM的穩定性.這些穩定性比使用熱敏電阻補償或三階補償獲得的典型TCXO性能要嚴格得多.在最緊張的情況下,收益率沒有那么高穩定性選項,因此選擇更典型的穩定性有成本優勢,例如0.5ppm或1.0ppm.圖2是補償振蕩器的頻率與溫度的關系示例.
圖2
模擬補償也提供了極好的短期穩定性.TCXO的典型性能<3x10-10,采樣周期為0.1和1.0秒.這種性能在溫度范圍內保持一致,在相同的采樣率下,出現了幾起高達2x10-9的孤立事件.溫度可高達2°C/分鐘,性能不會顯著下降.
T75系列TCXOs提供三態選項或電壓參考選項.Tristate功能打開和關閉輸出,但允許振蕩器繼續運行,最大限度地減少TCXO的穩定時間.這一功能對于測試功能非常有用,當多個單元同時運行時,能夠輕松測試一個部件,這在電信和通信系統中是典型的情況.三態通過“HI”或浮動輸入啟用,通過“LOW”0V輸入禁用.
電壓基準是內部調節的電壓輸出,可用于偏置溫補晶振的電氣頻率控制(EFC)端口,并將該單元設置在標稱頻率上.+3.3V單元的電壓輸出為+2.4VDC(典型值),而+5.0V單元的電壓輸出為+4.3VDC(典型值).
TCXO晶振可以通過指定的EFC電壓進行調節,或者通過使用電壓基準(VREF)(參考)偏置EFC來調節.圖3),或者中心頻率可以由Greenray內部設置,不可由客戶調整.EFC輸入對于喜歡隨著時間的推移重新校準TCXO選項的客戶是有利的.一些人通過軟件和D/A轉換器使用電調節來偏置輸入,而另一些人僅僅使用一個簡單的電位器分壓器來調節單元的外部電壓.
如果裝置的電源電壓非常穩定,分壓器(參考.可以使用圖4).然而,建議使用這種方法小心,因為電源電壓中的任何不穩定性都可能直接輸入EFC端口,導致穩定性隨溫度的變化.這些單元通常利用EFC功能調整5pP,因此相對較小的電壓變化會顯著地移動頻率.
圖3圖4
Greenray高性能TCXOs集成了一個低噪聲ASIC振蕩器,可向10歐姆/10pF負載輸出+3.3伏+5.0伏CMOS方波或0.8伏-P限幅正弦波.該振蕩器的削波正弦波型在25mHz時輸出的輸入功率非常低,小于2mA.CMOS版本也非常低,在25兆赫茲時低于4mA.這兩部分都解決了對極低輸入功率的需求,以延長電池壽命.
TCXO晶振設計用于10Hz至50Hz頻率范圍,典型的相位噪聲圖如圖5所示.石英晶體振蕩器還具有可變晶體驅動的獨特特性,以優化溫度補償和相位噪聲.
圖5
7*5mm,T75系列實現了定制的表面安裝陶瓷封裝(見圖6),該封裝密封地保護了設備的有源集成電路,并允許該部件在非常惡劣的環境中使用,包括高濕度或濕度以及極端的溫度變化.通過使用密封晶體,可以確保可重復的低老化性能.
圖6
陶瓷封裝和IC被制成組件以優化生產,并且單獨封裝和密封的壓電石英晶體被安裝在外部,作為零件制造的最后一步.此過程優化了定制,并允許在10.0至50.0赫茲之間選擇任何頻率
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