温度梯度如何影响可编程TCXO振荡器的稳定性

来源：金洛鑫浏览：- 发布日期：2020-07-20 11:05:12【大中小】

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SiTime产品营销高级经理Gary Giust消除了对已建立的电信和网络应用以及新兴技术(如5G网络)选择OCXO振荡器的一些误解,并讨论了温度梯度如何影响精密振荡器的稳定性.加里·吉斯特(GaryGiust):传统观点可能会建议设计人员根据其横幅数据表规格在整个温度范围内的频率稳定性,为其选择OCXO.但是,这种温度稳定性指标通常可以代替整体稳定性.在某些应用中,这可能会产生误导,因为当放置在动态变化的环境中时,它无法捕获振荡器的稳定性.

EP:设计人员对热梯度敏感的设计时应仔细研究哪些规格?

Giust:精密振荡器的频率与温度的斜率,也称为dF/dT,是对热梯度敏感的设计的关键考虑因素.例如,5G无线电中的电子设备会经受各种各样的动态热条件,但要依靠对流冷却.实际上,由于许多原因,可能会导致无线电机柜内部出现明显的温度梯度,包括突然的阵雨,阵风锋线,阵风以及雷暴坍塌带来的热爆发,这些因素在几分钟之内都会改变数十度甚至更高的环境温度.重要的是要注意,温度变化也可能由内部变化引起.例如,处理数据突发可能会使环境温度升高几度,并影响附近的振荡器.

在此类应用中,基于MEMS的TCXO可以提供比石英晶体振荡器更高的稳定性.例如,SiTime的基于MEMS的Elite Super-TCXO的dF/dT性能在很大程度上与设备上的气流是否静止还是微风无关.相比之下,石英TCXO在静止空气中表现更好(不是在实际应用中),并且在微风条件下会显着降解.

Elite SiT5356 MEMS Super-TCXO的dF/dT性能在整个工作温度范围内保持相当稳定.在较大的温度上升速率(例如5℃/min)下,Elite TCXO的dF/dT性能也保持不变,而对于石英设备,它们的性能会下降.TCXO dF/dT性能的这一水平与入门级OCXO的水平相当(表1).

EP:dF/dT性能如何转化为5G网络更好的性能?

Giust:dF/dT性能是在IEEE1588网络中提供时间同步的重要因素,其中较低的dF/dT转换为更准确的时间戳.5G网络和其他高可靠性应用程序(例如金融交易系统和智能电网)依靠振荡器的稳定性来提供可实现实时服务的准确时间戳.

实时5G应用程序依靠IEEE1588以最小的数据包延迟变化(PDV)在数据包网络上实现时间同步.这是理想的,因为PDV将噪声添加到时间值中并降低了实时服务的用户体验.选择具有较低dF/dT的振荡器可使设计人员减少IEEE1588伺服环路带宽,从而过滤更多的PDV,并为实时服务的推广提供更准确的时间戳.

EP:与高稳定性能相关的成本如何?

Giust:这种稳定性水平还可以在整个设计中节省成本.Elite MEMS TCXO的成本低于入门级OCXO.集成设备所占的面积也比OCXO小得多,这对于空间有限的设计至关重要.EliteTCXO还集成了电压调节器,从而无需外部调节器.

除了节省电路板空间外,Elite TCXO晶振还提供了灵活性.与必须隔离的OCXO不同,EliteTCXO可以不受限制地放置在板上的任何位置.例如,可以将它们放置在循环打开/关闭的风扇旁边,或紧挨着需要大量电流的大型ASIC旁边,并且无需用金属或塑料盖覆盖,从而将整体高度降至最低.

与入门级OCXO相比,它还具有操作优势.与典型的OCXO(最高工作温度为85℃和50MHz)相比,Elite MEMS Super-TCXO的最高工作温度为105℃,支持的频率最高为220MHz.Elite MEMS Super-TCXO也更加可靠.这些高质量的TCXO通过基于硅的[MEMS]谐振器实现了100％的硅供应链.此外,它们不易受到石英设备定时异常的影响,包括频率跳跃和活动性下降.

SiTime专有的Dual MEMS技术和Turbo Compensation温度感应方案可实现Elite SiT5356 MEMS Super-TCXO的性能.TCXO还利用了SiTime晶振独特的架构,即在单个芯片中共同制造的两个硅MEMS谐振器(Dual MEMS技术)以及具有Turbo Compensation技术的混合信号CMOSIC.这样可在整个温度范围内实现出色的频率稳定性,并具有对动态热干扰的鲁棒性(如短片所示).

EP:如果温度梯度对精密温补晶振的稳定性有很大影响,您是否发现设计人员正在仔细研究dF/dT性能?Giust:这些考虑应由受热梯度影响的系统的任何设计人员牢记,例如电信和网络设备.为了获得卓越的性能,选择精密振荡器应该考虑dF/dT性能,而不是简单地考虑传统的温度稳定性指标.

温度梯度如何影响可编程TCXO振荡器的稳定性

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