Vectron公司系數(shù)校正OCXO Oscillator示例
Vectron International是美國頻率控制元器件制造商,主要經(jīng)營石英晶體,和各種各校的晶體振蕩器,包括低相位噪聲,高穩(wěn)定性,超低抖動時鐘,高沖擊和振動,低G靈敏度類型的Oscillator。雖然做有很多種,但近年來,Vectron晶振公司主要研發(fā)和生產(chǎn)具有恒定溫度作用的OCXO晶振,它的中文全稱是恒溫晶體振蕩器。OCXO的市場比較廣泛,應(yīng)用在有高技術(shù)高要求的產(chǎn)品身上,例如軍事航天,工業(yè)測試,雷達系統(tǒng),全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng),無線電通訊,同步以太網(wǎng),能源控制和數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域。
Coefficient Corrected Oscillator(CCXO)包含一個高穩(wěn)定性的OCXO振蕩器和一個I2那個C接口與溫度和電流傳感器以及板載EEPROM通信。該界面使客戶得以改進根據(jù)振蕩器已經(jīng)非常出色的穩(wěn)定性。
定義:
石英諧振器和單爐控制電路的進步使得烤箱控制晶體的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能振蕩器(OCXO)能夠?qū)崿F(xiàn)0.06ppb/天的老化速率和0.4ppb的溫度穩(wěn)定性商業(yè)溫度范圍。使用市售環(huán)境可以進一步提高這些穩(wěn)定性傳感器和微處理器。Vectron的MX系列振蕩器將數(shù)字電子設(shè)備嵌入振蕩器外殼中使用這種方法已經(jīng)實現(xiàn)了微處理器校正穩(wěn)定性至0.1ppb。下圖顯示了一個帶有4的OCXO恒溫晶振使用微處理器將ppb溫度穩(wěn) 定性校正到小于0.3ppb。
圖1-微處理器校正的OCXO(紅色跡線),與未補償?shù)慕Y(jié)果(藍(lán)色跡線)相比提高了約10倍。
對于許多應(yīng)用,板載微處理器校正方法是足夠的;但是,在某些應(yīng)用客戶中通過自己執(zhí)行微處理器校正來獲得更好的結(jié)果。對于這些應(yīng)用,Vectron提供我們的 "Coefficient Corrected Oscillators"(CCXO)系列。此外,將CCXO納入系統(tǒng)可能會導(dǎo)致總體費用降低如果客戶在最終應(yīng)用程序中已經(jīng)有微處理器,則會產(chǎn)生材料成本CCXO使客戶能夠通過使用I2C接口執(zhí)行微處理器校正。通過界面,客戶可以訪問環(huán)境傳感器,數(shù)字控制頻率,并訪問存儲在其中的測試信息EEPROM。每個振蕩器的特征在于溫度室,以及頻率誤差,溫度的值傳感器和每個測試溫度下的電流傳感器存儲在EEPROM中。頻率誤差和溫度傳感器結(jié)果用于生成多項式函數(shù)的系數(shù):
其中F是頻率誤差,T是溫度傳感器值。然后將這些系數(shù)存儲在EEPROM中。
圖2-存儲在EEPROM中的數(shù)據(jù)示例。
•對每個單元進行溫度測試。
•板載溫度和電流的值傳感器和振蕩器的頻率誤差每個測試溫度都保存到EEPROM中。
•四階多項式頻率的系數(shù)計算并存儲溫度與溫度EEPROM。
•電流和溫度傳感器提供真實的時間值通過I2C在操作期間。
在應(yīng)用中使用期間,客戶使用I2C接口控制振蕩器的頻率以尋址板載DAC。或者,客戶可以使用F(T)信息來控制DDS并使用固定頻率石英晶體振蕩器。下面的框圖和表格說明了校正和系數(shù)之間的實現(xiàn)和差異校正振蕩器。
圖3-系數(shù)和校正振蕩器的方框圖。在校正的振蕩器中,微處理器嵌入在OCXO中。
圖4-使用DDS和固定頻率振蕩器進行交替配置,以提高穩(wěn)定性。
修正了振蕩器 (MX系列產(chǎn)品) |
校正系數(shù) (MD-xx3系列產(chǎn)品) |
優(yōu)點 |
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客戶最少的實施效率 |
發(fā)燒相關(guān)問題 |
最佳穩(wěn)定性從工廠發(fā)貨 |
允許客戶將額外的傳感信息輸入振蕩器 |
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溫度 |
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當(dāng)前 |
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任何有I²C傳感器的東西 |
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客戶可以補償其他影響 |
缺點 |
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頻率與溫度曲線很難讓客戶建模 |
更高的實施效率在客戶處 |
相關(guān)問題 |
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氣流可能會影響相關(guān)性 |
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系數(shù)校正振蕩器方法需要客戶更多的設(shè)計效果來實現(xiàn),但提供了客戶在最終應(yīng)用中更多地控制振蕩器。除了頻率與溫度的關(guān)系之外,還有電流傳感器可以深入了解可用于多種用途的振蕩器。在OCXO晶振中,使用烤箱來保持在恒定溫度下晶體,同時改變周圍環(huán)境溫度。
電流表現(xiàn)出以下行為:
•穩(wěn)態(tài)烤箱電流消耗與溫度成反比。
•由于穩(wěn)定所需的額外功率,空氣流量增加,固定溫度下的電流消耗增加烤箱。
•增加的空氣流量可能會改變測量的頻率與溫度性能。
•當(dāng)環(huán)境溫度變化時,在達到新的穩(wěn)態(tài)值之前會發(fā)生瞬態(tài)電流響應(yīng)。該行為可以提供對振蕩器的寶貴見解,允許客戶將電流傳感器用作以下指標(biāo):
•熱穩(wěn)定性
•如果電流與存儲在EEPROM中的電流溫度不相似,則會降低F(T)等式最終這個數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建一個新的兩個獨立變量關(guān)系F(I,T),其中F是頻率誤差,我是電流傳感器值,T是溫度傳感器值。
Vectron Crystal公司的OCXO振蕩器料號有三十多款,不過目前還沒實現(xiàn)小型化,最大的尺寸是58.3x48.3mm,比較小的是9.0x7.0mm,基本都是烤箱型的那種,因此也叫做烤箱控制晶體振蕩器。OCXO的制造條件和工藝并不簡單,所以很少晶振廠家可以做到7050mm或以下的封裝,Vectron公司的OCXO晶振系列雖然體積大,但在性能,參數(shù)方面非常卓越。
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