传统的OCXO振荡器做种普遍较大,不适合用到有小型化要求的产品身上,几十年来海内外的晶体制造商不断研究小体积OCXO,这几年终于有了一丝突破.Rakon晶振公司是主要的OCXO供应商,成功开发并生产小体积,性能高,专用于网络定时模块的OCXO振荡器.在OCXO中,通过将整个振荡器封闭在保持恒定高温的“烘箱”内,几乎消除了环境温度的影响.由于传统的OCXO往往体积庞大且耗电,Rakon开发了Mercury™/Mercury+™系列微型OCXO.在Mercury™/Mercury+™OCXO中,微型烤箱使晶体振荡器保持在略高于指定操作温度的恒定温度下.温度范围,例如在-92°C时,对于工作温度范围为-40°C至+85°C的器件.
每个器件都在温度室内的整个工作温度范围内进行测试.数据表中规定的工作温度是OCXO附近的空气温度.请注意,OCXO附近的热源可能会使电路板温度高于空气温度.如果由于客户模块内的对流加热,OCXO晶振的内部温度超过其规定的最高工作温度,则OCXO将不再保持其稳定性.即使OCXO外部的空气温度仍低于OCXO的最高工作温度,也会发生这种情况.重要的是要意识到热量使OCXO具有稳定性,即使热量通常被认为是电子组件中不需要的副产品.如果电路板温度低于最高工作温度,则无需冷却设备-事实上,冷却可能对OCXO的短期和中期稳定性有害.
一般准则
请从项目一开始就咨询Rakon,并在整个开发过程中继续参与.评估板可用于协助Mercury™/Mercury+™OCXO的台架测试.该板可以适应各种封装格式选项.
电源注意事项
建议使用本地低噪声电源稳压器将OCXO与外部电源噪声源隔离.这种调节器(LinearTechnology的LT1763系列)的一个例子如图1所示.

图1:3.3V低噪声稳压器

本地电源的尺寸必须能够处理OCXO的预热电流.OCXO有源晶振的预热功率被编程为限制在某个值.标准预热和稳态功耗限制可在下表中找到.

能量消耗	热身	在25°C时保持稳态
RFPO40/RFPO45,RFPO50/RFPO55-20°C至+70°C	最大.1000mW(典型值800mW)	最大.350mW
RFPO40/RFPO45,RFPO50/RFPO55-40°C至+85°C	最大.1200mW(典型值1000mW)	最大.400毫瓦
ROM1490xx-40°C至+85°C	最大.1500mW(典型值1200mW)	最大.440毫瓦

还建议将OCXO的电源与靠近器件的10μF电容去耦.
电压控制
如果已指定电压控制,则必须认识到典型增益传输(Kv)为+8ppm/V.控制电压的小误差可能导致相当大的频率误差.通过接地引线阻抗的高电流将产生误差电压,如果加到控制电压,将导致频率误差.因此,需要将控制电压的接地连接到靠近OCXO的地.建议电压可控OCXO不用于需要固定频率OCXO的应用.Rakon可以提供专用的固定频率OCXO石英晶体振荡器.如果电压可控部件的重复使用是不可避免的,则必须根据OCXO的详细规范将控制电压(Vc)引脚连接到正确的标称控制电压.
输出负载
为获得最佳稳定性,建议按照详细规范中所述的额定负载加载输出,因为在生产中校准设备时使用此负载.根据输入驱动所代表的负载,可能需要添加额外的电容.例如,如果输入和轨道的组合负载为7pF,标称负载为15pF,则应将一个大约8pF的电容添加到输出负载.如果负载超过额定负载(超过5pF),建议使用扇出缓冲器.在测试OCXO时请注意,器件不能直接驱动50Ω输入,但需要缓冲(Rakon评估板可以配备缓冲器用于此目的).
热指南
在稳态条件下,OCXO石英晶振将按照规范执行.在“预热”时段之后达到稳定状态,其包括振荡器和安装它的电路板,在恒定温度和气流的条件下.对于漂移一致性测试,建议在开始测量之前将电路板上电至少24小时(如果部件最近焊接,则为48小时),并将温度变化保持在±1°C范围内(除非相关标准中另有说明)).OCXO外部温度的变化将导致加热器电流的增加或减少,因为烤箱试图保持恒定的内部温度.这是一个临界阻尼闭环系统,其响应将滞后于外部刺激,导致相位和频率变化(即频率漂移).
因此,最好将外部温度波动保持在最低限度.短期温度波动的主要原因是当风扇以不同的速度运行或间歇使用时气流量的变化.温度变化的另一个来源是OCXO附近的电路间歇性接通.这可以产生足够的热量来干扰热平衡.最好使这种电路远离振荡器.由于不需要冷却OCXO,因此可以通过将其与环境隔离来大大提高其短期和中期稳定性.两个重要因素是电路板布局和气流.
印刷电路板布局考虑因素
应用标准RF实践,保持轨道短路并将振荡器放置在定时电路附近.使用规范中详述的推荐焊盘布局.虽然使用接地和电源平面通常是一种很好的做法,但为了避免热能损失,这些平面(铜浇注)不应在任何层中的OCXO下面使用.出于同样的原因,不要在OCXO区域下面布置任何轨道.建议将这个超出振荡器尺寸的禁区扩宽至少相当于所用板厚的数量.例如.如果在2mm厚的多层板上使用尺寸为9.7x7.5mm的振荡器,则轨道和平面禁区应至少为13.7x11.5mm.连接到焊盘的轨道应具有小于1mm的宽度,以避免从OCXO传导热量,并且不应连接到禁区内的任何层.为了进一步减少OCXO和电路板之间的热传递,建议在OCXO贴片晶振周围的电路板上切割1-2mm宽的插槽.如果无法实施这些建议,请联系Rakon讨论潜在的替代解决方案.
气流考虑因素
为了满足规范要求,OCXO振荡器必须屏蔽气流.将振荡器放在空气流量低的地方.可以使用高大的部件或机械部件来局部地屏蔽振荡器.如果这是不可能的或屏蔽不充分,可以在OCXO上放置塑料或金属通风盖.如果气流大于0.5米/秒,Rakon建议使用这种盖子.建议盖子在振荡器上方和周围留出至少几毫米的气隙.下图显示了关闭和间歇时气流(1m/s)的影响.图2显示了没有屏蔽的Mercury性能,图3显示了带有拔模盖的同一设备.

盖子需要用粘合剂固定.可以使用任何适合于将部件粘合到印刷电路板上的粘合剂.实例是Loctite3220和EpotekTJ1104-LH(以前称为Epotek102-104).这些示例仅供参考-用户仍负责评估适用性.
回流焊接
如果温度曲线与恒温晶体振荡器规格中包含的温度曲线兼容,则这些器件适用于采用无铅工艺的回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清洁后可能会残留清洁液.我们不建议清洁本产品,因为残留的水分和/或残留物可能会降低性能.ROM1490xx是一种密封产品,可以清洗.

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微小型OCXO振荡器网络定时使用方案

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