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详解美国Greenray紧凑型TCXO振荡器

来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年03月27
   美国进口的Greenray晶振近年来在亚洲地区比较活跃,原本主要市场是在美国,欧洲和中东等地,现在Greenray集团将销售市场转战中国及亚太地区。为了保留自己的优势,Greenray Industries,Inc.公司一直坚持努力做好研发工作,终于开发出拥有高稳定性,低损耗性能的紧凑型TCXO晶振系列产品。这种振荡器是为了小型方便携带的产品设计的,尤其是对技术要求比较高,比较苛刻的军事设备,之所以是TCXO温补类型的,是因为OCXO晶振的体积一般都比较大,还未实现小型化生产,而且电流损耗也比较大,所以才会决定使用较小的TCXO晶振开发紧凑型方案。
   在Z轴上,G灵敏度可以进一步提高到大约3x10-10/g,从而最大限度地降低冲击和振动引起的稳定性和相位噪声。这对于依赖于在冲击,加速和振动下的一致性能的便携式和机载应用非常重要。使用较低G敏感度晶体的缺点是老化性能略有下降。使TCXO更接近OCXO晶振稳定性的限制因素之一是晶体扰动。扰动是在特定温度下发生的孤立事件,通常只有几度,导致晶体的频率跳跃高达百万分之几(ppm)。
   Greenray Industries的新型T75系列TCXO(温度补偿晶体振荡器)满足严格的稳定性要求,紧凑的封装和低功耗。任何振荡器的核心都是晶体。新型T75系列TCXO采用来自姊妹公司Statek Corporation的ATStrip晶体,与普通圆形空白晶体相比具有明显的优势。ATStrip晶体非常坚固,可以承受非常高的冲击和振动水平。这种水晶的特殊版本可以承受高达100,000g的震动,使得该水晶非常适合在诸如Smart Munitions等恶劣环境中使用。该晶体的典型G灵敏度在最差轴(即Z轴)为2.5×10-9/g,在X和Y轴为小于2×10-10/g。
   所有晶体本身都有扰动-重要的是它们有多少和多大。在制造过程中,扰动在整个温度范围内都是可重复的。关于晶体扰动的起源有很多理论,包括空白应力,清洁度和颗粒物质离开水晶。Greenray与Statek晶振合作,将ATStrip扰动显着降低至通常小于1x10-7,以便对温度稳定性进行补偿,精确到±2x10-7。重要的是在温度每两度测试紧密稳定的TCXO,以确保扰动不超过规格。
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   AT Strip晶体的设计也可以改善老化性能。TCXO的长期老化非常好,通常远低于1ppM/年,并且10年内预测为3ppm或更低。40MHzTCXO的长期老化示例如图1所示。
   Greenray专有的模拟补偿具有5阶多项式曲线拟合。解释这一点的一种简单方法是,补偿顺序越高,沿着温度曲线可以补偿的点越多。这很重要,因为晶体在温度范围内不能完美地曲线拟合。换句话说,5阶补偿将产生比3阶补偿更稳定的振荡器,因为它可以解释晶体的更多不稳定性。
   为了提高温补晶振性能,Greenray使用模拟温度补偿。与使用数字补偿相比,这对短期稳定性和相位噪声的影响较小,尽管它可以产生非常稳定的单位,但也会导致频率跳跃,从而在系统级别造成严重破坏,从而导致锁定问题和噪声问题。
   这使得T75能够在-20至+70°C范围内提供±0.2ppM的稳定性,在-40至+85°C范围内提供±0.3ppM的稳定性,在-55至+90°C范围内提供±1ppM的稳定性。这些稳定性比使用热敏电阻补偿或三阶补偿获得的典型TCXO性能要严格得多。在最严格的稳定性选项上,产量并不高,因此选择更典型的稳定性(如±0.5ppM或±1.0ppM)具有成本优势。图2是补偿振荡器的频率与温度的示例。
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   模拟补偿也提供了出色的短期稳定性。TCXO的典型性能<3x10-10,采样周期为0.1和1.0秒。这种性能在温度范围内保持一致,对于相同的采样率,一些孤立的事件高达2x10-9。温度可以升至2°C/分钟,而不会显着降低性能。
   TCXO可以通过指定的EFC电压进行调整,或者通过电压基准(VREF)对EFC进行偏置(参见图3),或者可以通过Greenray在内部设置中心频率,客户无法调整。EFC输入对于喜欢随时间重新校准TCXO的客户是有利的。有些通过软件和D/A转换器使用电气调整来偏置输入,而其他人只需使用简单的电位器分压器来调整设备的外部电压。如果设备的电源电压非常稳定,可以使用分压器(参见图4)。但是,建议使用这种方法注意,因为晶振电源电压的任何不稳定性都可以直接输入EFC端口,从而导致温度稳定性变化。这些单元通常使用EFC功能调整±5ppM,因此相对较小的电压变化会显着改变频率。
   T75系列TCXO提供三态选项或电压基准选项。三态功能可以打开和关闭输出,但允许振荡器继续运行,从而最大限度地缩短TCXO的稳定时间。此功能对于测试功能非常有用,可以在多台设备同时运行时轻松测试一个部件,电信和通信系统通常就是这种情况。三态使能“HI”或浮动输入,禁用“LOW”0V输入。电压基准是内部调节的电压输出,可用于偏置TCXO的电子频率控制(EFC)端口,并将单位设置在标称频率上。+3.3V单元的电压输出为+2.4VDC(典型值),+5.0V单元的电压输出为+4.3VDC(典型值)。
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   Greenray高性能TCXO采用低噪声ASIC振荡器,可输出+3.3V或+5.0VCMOS方波或0.8Vp-pClipped正弦波至10kΩ/10pF负载。该振荡器的限幅正弦波版本在25MHz时的输入功率非常低,小于2mA。CMOS版本也非常低,25MHz时小于4mA。这两款器件均可满足极低输入功率和电池寿命的需求.TCXO设计用于10MHz至50MHz的频率范围,典型的相位噪声曲线如图5所示。振荡器还具有可变的独特功能晶体驱动,以优化温度补偿和相位噪声。
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  7050mm晶振T75系列采用定制表面贴装陶瓷封装(见图6),可密封保护器件的有源集成电路,并允许器件在非常恶劣的环境中使用,包括高湿度或潮湿和极端温度变化。通过使用密封的密封晶体,可以确保可重复的低老化性能。陶瓷封装和IC作为组件制造以优化生产,单独封装和密封的晶体安装在外部作为零件制造的最后一步。这个流程
T75系列TCXO的主要属性包括: T75系列TCXO非常适合:
  频率从10到50MHz   智能弹药
  供电电压为+3.3和5.0VDC   移动接收器
  低功耗-低至2mA   机载通信
  温度稳定性低至±0.2ppM   移动仪器
  低衰老-10年内<3ppM   微波接收器
  加速度灵敏度低至3x10-10/g   电信层3
  可承受高冲击和振动   无线通信
   优化定制,允许在10.0MHz和50.0MHz之间选择任何频率。
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   Greenray Crystal公司拥有60多年的晶体晶振生产历史,主要制造4种石英晶体振荡器,分别是时钟振荡器,温补振荡器,压控晶体振荡器和恒温晶体振荡器这几个类型的。紧凑型振荡器是近几年根据用户的要求设计开发的,为了应用在更高端的便携式产品身上,填补这个应用市场的空缺,解决客户的晶振需求和难题,并且接受用户的定制要求,竭诚服务每一位客户。
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