MTI-Milliren品牌220微型烤箱振蕩器標準封裝與性能

原本并不打算介紹這款220系列的石英晶體振蕩器,因為該款晶振屬于偏冷門的,但是也是MTI-Milliren Technologies Inc.公司重點推廣的產品之一.近期有幾個客戶問到這顆物料的,那就給大家說說,了解一下了.這是一種典型的烤箱型石英晶體振蕩器,與一般的振蕩器外形差別很大,看起來會比較厚重,但是其性能和穩定性是普通晶振比不了的,而且精準性非常高,因此被大量應用到無線基站,網絡設備,儀表儀器,軍工設備,航天航空等模塊.大批量應用的下一代頻率參考需要非常穩定的恒溫晶體振蕩器.220系列振蕩器是由MTI-Milliren Technologies,Inc.設計的,并且經過廣泛的測試和評估,該振蕩器已被證明可提供滿足大多數(如果不是全部)未來系統要求所必需的性能.

1.引言

220系列振蕩器在最近開發的薄型TO-8支架中利用SC切割石英晶體,以低成本實現了典型的每100℃5e-9的熱穩定性.該產品采用標準SMT或通孔16引腳雙列直插式焊接密封封裝,尺寸為24.77mmx20.32mmx12.70mm.振蕩器在預熱期間消耗2.5W(典型值)的功率,在25℃穩定狀態下消耗約0.8W的功率.關鍵參數(例如熱穩定性,相位噪聲,短期穩定性,電源電壓靈敏度和老化)是可比較的,并且在許多情況下要比通過傳統的和目前可用的大得多的單元獲得的參數好.

220系列采用了新的振蕩器拓撲,可減少元件數量并提高可靠性,是傳統電路設計的兩倍左右.包括烤箱控制,加熱器,電壓調節和振蕩器電路在內的整個組件由五個有源組件完成.220系列設計為可以在大批量生產環境中穩定生產的晶振產品.將顯示表征各種關鍵參數的測試數據.

2.產品設計

開發220系列振蕩器的主要設計目標是:

熱穩定性<1e-8每100℃

高可靠性,MTBF

耗電量低

非常快速的熱身

標準包裝,小巧的尺寸,表面安裝,高完整性的氣密密封,堅固的高沖擊和振動環境

可制造性和一致性

低成本,大批量生產

與傳統的方法(例如Colpitts,Pierce等)相比,采用了一種電路拓撲結構,可大大減少組件數.在反饋路徑中具有石英諧振器,模式選擇器和匹配網絡的MMIC放大器增益模塊可實現目標.正確選擇模式選擇器和匹配的濾波器組件值可使石英在串聯諧振附近運行.圖1顯示了振蕩器框圖.包括緩沖放大器在內的整個振蕩器組件均經過烘箱處理,以實現最佳性能. 

圖1

220系列使用常見的16針DIL機械封裝,具有良好的氣密性和提供可表面安裝的封裝的能力.圖2顯示了與美國5美分硬幣相比的銷釘和表面安裝類型的照片. 

圖2

3.性能數據

顯示了許多重要石英振蕩器參數的數據.選擇了代表2種常見產品的代表性結果集,使用SC切割石英,12V電源輸入和+9dBm正弦輸出的5MHz和10MHz單元.

3.1相位噪聲結果

圖3和圖4分別顯示了5MHz和10MHz版本的相位噪聲數據.使用HP3048系統獲得的成對相似單元的結果.典型的規格極限以實線顯示. 

圖3 

圖4

3.2輸出頻譜結果

圖5和圖6分別顯示了5MHz和10MHz振蕩器的典型輸出頻譜.輸出電路包含一個匹配濾波器,該濾波器允許低諧波含量,如下圖所示. 

圖5 

圖6

3.3熱穩定性結果

圖7和10顯示了5MHz和10MHz單元的熱穩定性.每個穩定性圖均參考其各自的“溫度與時間”圖.這種表示方法允許在熱瞬態和其他現象的背景下查看完整的數據集,否則,在簡單的頻率與溫度表示法中可能會丟失這些數據集.圖8和11分別顯示了每個頻率的溫度與時間的關系圖.5MHz單元的數據顯示了一個上升到下降的斜率,并返回到25C,而10MHz單元的數據是一個單向斜率.上下坡道對于資格測試最有用,而單向坡道最常用于生產測試.每組數據還包括功率與時間的關系圖,分別針對5MHz和10MHz參見圖9和12. 

圖7 

圖8 

圖9 

圖10 

圖11 

圖12

3.4預熱結果

5MHz-SC220系列振蕩器的預熱數據如圖13所示.在超過2小時的關閉時間后進行測量.功率與時間的關系圖如圖14所示.功耗是在靜止空氣中測得的.該頻率在25℃下約2分鐘內在2e-8窗口內.盡管未顯示,但頻率實際上始于–20e-6,然后迅速上升到工作頻率.圖中小的正部分表示由于SC晶體切割不夠理想而引起的過沖.10MHz產品的性能數據與5MHz非常相似,因此在這種情況下沒有單獨的數據. 

圖13 

圖14

3.5調整功能結果

下面分別針對圖15和16中的5MHz和10MHz-220系列振蕩器顯示了調諧曲線.請注意,10MHz振蕩器的調諧速率大約是5MHz乘積的調諧速率的4倍.調諧范圍與石英晶體的dX/dF和調諧變容二極管的可用電抗擺幅成比例.注意5MHz圖上的非線性.許多規格都忽略了0至0.5V的范圍,以避免出現此區域.下圖表示的線性度通常為10％或更小. 

圖15 

圖16

3.6供應敏感度結果

電源靈敏度的特征類似于熱穩定性.在記錄頻率時,電源在極端運行條件下變化.像熱穩定性測量一樣,相對于時間測量頻率和電壓,然后在時間和電壓軸之間建立關聯.如圖17和19所示,此方法捕獲了可能發生的任何瞬時效應.圖18顯示了電壓隨時間變化的函數.請注意,在每種情況下,對于5MHz和10MHz,瞬態行為的幅度都大于靜態頻率偏移. 

圖17 

圖18 

圖19

3.7老化測試結果

MTI-milliren晶振設計 的5和10MHz-220系列振蕩器的老化測試結果顯示在下面的圖20和21中.在前30天中,5MHz-220系列單元的平均初始老化率小于2e-10/day.10MHz類型具有的平均值和同一時期的平均值少于5e-10/天. 

圖20 

圖21

結論

呈現的數據簡要概述了220系列產品的性能.過去2年中收集的結果表明,具有較小物理尺寸的振蕩器可以等于或超過使用過去的更大產品獲得的性能.降低復雜性和降低組件應力有助于大大提高故障率并降低總體生產成本.

MTI-Milliren品牌220微型烤箱振蕩器標準封裝與性能