有源的频率控制元器件有很多种，相信大家也比较熟悉了，虽然现在越做越高端，但是每一种石英晶体振荡器有优势，也有不同的缺陷。例如时钟振荡器虽然成本相对较低，稳定性好，但是部分要求高的产品无法满足，OCXO振荡器虽然可满足高性能需求，但是体积比较大，不适用小型便携型设备，TCXO晶振尺寸小，精度高，而且具有温度补偿作用，但是一般成本高，交期慢，因此也并不是完全适用于所有产品类型。今天我们将介绍一种大多数人没听说过的EMXO晶振，它的全称是Evacuated MiniatureCrystal Oscillator，这是一种真空微型晶体振荡器，那么它究竟与其他振荡器有什么不同呢？

当频率与温度要求过于严格而无法通过基本XO（晶体振荡器）或TCXO（温补晶体振荡器）来满足时，使用OCXO（烘箱控制晶体振荡器）。使用OCXO时，晶体和临界电路的温度会随着振荡器外部温度的变化而保持恒定。用烤箱控制振荡器内的温度可保持恒温。在OCXO中，感测环境温度的变化，然后将其反馈到烤箱控制器，该控制器在振荡器外壳内持续保持恒定的最佳温度。OCXO可以将晶体的固有稳定性提高5000倍以上。烤箱控制系统并不完美，开环增益不是无限的，烤箱内部有内部温度梯度（振荡器），而在传统的烤箱中，烤箱外壳的电路会受到环境温度变化的影响。“拉”频率。

与XO或TCXO相比，传统OCXO的温度稳定性能得到了极大的提升。例如，OCXO的功耗大于200倍。还有一个尺寸考虑因素。在普通的OCXO中，将晶体封装在金属外壳中，然后将其与温度敏感电路一起放入烤箱外壳中，然后用隔热材料包围。然后将所有这些以及任何附加电路放置在金属外壳中，制成庞大的封装，这变得非常难以小型化。为了克服这些障碍，EX-380系列EMXO振荡器（真空微型烤箱控制晶体振荡器）专门开发用于实现OCXO性能，同时显着降低功耗并减小封装尺寸（见图1）。

这些特性齐头并进，因为减小封装尺寸可以更容易地改善功耗。首先，使包装的体积尽可能小，以减小烤箱需要加热的体积。其次，需要使用最有效的绝缘材料。在EX-380系列中，Vectron已经完成了这两项工作。该封装设计为单个DIP尺寸为0.82“x0.52”x0.3“，石英晶体振荡器使用真空作为绝缘介质-与传统的泡沫塑料或基于纤维的绝缘材料相比有了显着的改进.Vectron努力减小尺寸的另一个重要因素并且仍然提供“烤箱振荡器”的性能是为了消除大包装晶体的使用，到目前为止，必须使用它来实现良好的老化。相反，使用开放式晶体坯料的方法被发现并且变得实用.Vectron已经成功地解决了可能降低性能的除气和污染问题。要做到这一点，需要制造具有高内部真空度的振荡器，内部除气率低，以提供所需的隔热效果。需要高水平的清洁度来防止开放（未包裹）晶体空白的污染，并确保特殊的长期晶体老化。

该封装的关键设计特点采用了将空白精密晶体与混合微电子电路相结合的概念。在这样做时，获得良好的老化性能是至关重要的。出于这个原因，冷焊包装概念将空白形式的精密晶体与混合微电子电路相结合。在这样做的过程中，获得良好的老化性能是准备好的。因此，选择冷焊接封装而不是更传统的电阻焊接封装。冷焊密封在韧性金属表面之间提供了真正的冶金结合，而没有来自密封过程的额外热量。在通过焊接模具的压痕引入的高吨位压力下，材料的可塑性流动发生在配合表面上。最终结果是密封的外壳，没有焊接飞溅，灰尘和蒸汽的污染。而且，最重要的是，冷焊密封外壳可实现高水平的真空完整性。

机械地，混合电路和晶体组件直接悬挂在高度绝缘的结构上，以最小化通过传导的热能损失。另外，整个组件通过真空在10-6托的压力水平下与外壳绝热。基于稳态热传导计算，该封装设计产生的热阻大于300摄氏度/瓦.EMXO振荡器制造工艺很有意思，工艺流程图如下图2所示。

基板采用厚膜丝网印刷技术制造，每个沉积层经受三个不同的工艺阶段-印刷，干燥和火焰。晶体夹子附着在具有高导热性的基板上的金导体迹线上。使用导电粘合剂将所有有源和无源晶振安装在基板上，然后移至保护炉进行固化。在固化过程之后，清洁混合物以去除有机和非有机污染物。导线在混合电路上作为互连接合。然后用粘合剂将混合电路连接到冷焊组件上。最后，将空白晶体安装到夹子上，并通过蒸发过程调节到所需的标称频率，典型精度为1ppm。然后将这些单元冷焊密封。烤箱本身通过施加到导热基底的直接热传导来加热。显示了这种“开放空白”EMXO概念，并与传统的OCXO结构相比，如下图3所示。

在上面的图3中，1,2和3反映了传统的OCXO结构，而4是EMXO。它显示了SDILEMXO的主要元素。仅使用一个基板并且所有元件都被加热。振荡器基本上是CMOS门类型，带有额外的变容二极管和LC陷波器，用于泛音选择。根据应用的要求，谐振器是第3泛音，AT或双旋转切割，与传统的基波谐振器相比，它们都具有优异的老化性能。

预计EX-380系列将发现在严苛的机械环境中性能对电气性能同等重要的应用。因此，EX-380系列的另一个重点是提供坚固的结构，以承受高冲击和振动，并产生良好的Gsensitivity性能。例如，当振荡器的物理方向改变时，由于重力引起的晶体坯料上的应力变化，频率变化很小（通常在90度旋转中不超过10-9的几个部分）对晶体支撑的影响。这种特性被称为“翻倒”并以10-9/g表示，其中一个表示180度方向变化的一半。为了最大限度地减少这种对晶体支撑的影响。该特征称为“翻倒”并以10-9/g表示，其中1g表示180度取向变化的一半。为了最大限度地减少这种变化，并提高冲击和振动下的性能，晶体坯料安装在对称的安装结构中，而不是传统的2或3点。

这有助于实现高冲击和振动耐久性水平，低g敏感性能和对称热传递。而且，当晶体振荡器工作并受到振动时，产生寄生频率，通过振动频率偏离振荡频率。这些通常被称为“振动引起的边带”，并且这些边带的行为类似于相位噪声。这些杂散输出的幅度与振动幅度，晶体支撑的机械设计以及振荡器组件的机械设计（包括晶体安装）有关。这里对称的晶体安装结构也有助于减少不必要的噪音。

AT和双旋转晶体均可用于EX-380系列。尽管许多类型的双旋转晶体在振动下产生的振幅低于AT，但这一特性主要取决于石英晶体和振荡器的机械设计，而不是特定的晶体切割。在许多应用中，Vectron在振荡器中使用双旋转谐振器，以提供更低的相位噪声，更好的老化速率和更低的加速度灵敏度。在不太关键的应用中，使用较便宜的AT切割晶体。

图4至10表示各种特性的合格样品的典型实际测试数据。

型号EX-380，薄型4针DIP真空微型，烤箱控制晶体振荡器（EMXO）可在10MHz至20MHz的选定频率下使用。该装置在极小的包装中提供极低的老化速率和高温稳定性-适应各种环境条件。通孔单元尺寸仅为20.8mmx13.2mmx7.6mm（0.82“x0.52”x0.30“），老化率平均<1x10-9/天，第一年<1x10-7，<1x10-6温度稳定性为±1x10-7，温度范围为-40ºC至+85ºC，可提供10年的温度范围。-55ºC至+85ºC可提供更宽的温度范围。通过应用新的谐振器设计理念和技术突破，可实现这一性能.EMXO弥补了当前大型高精度OCXO和较小TCXO之间的差距，成为最经济的选择，需要光谱纯度，短期和长期稳定性，以及小尺寸和大幅降低的功耗。

EX-380系列的标准电源电压为3.3Vdc和5Vdc，也可提供12Vdc，均带有HCMOS输出。可提供该振荡器的表面贴装版本（EX-385）。表面贴装版本提供+3.0dBm/50欧姆的正弦波输出。这些EMXO单元非常适用于SONET/SDH，DWDM，FDM，ATM，3G，电信传输和交换设备，无线通信设备以及军用机载和移动系统。

目前晶体振荡器的技术越来越高，未来也许还有更多新型的晶体或振荡器出现，满足越来越先进的产品要求，当这些振荡器被普及使用时，世界也许会发现不小的变化，EMXO晶振是美国Vectron晶振公司提出并实践的，如需更详细的资料，欢迎联系金洛鑫电子！