溫度梯度如何影響可編程TCXO振蕩器的穩(wěn)定性

SiTime產(chǎn)品營銷高級經(jīng)理Gary Giust消除了對已建立的電信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以及新興技術(shù)(如5G網(wǎng)絡(luò))選擇OCXO振蕩器的一些誤解,并討論了溫度梯度如何影響精密振蕩器的穩(wěn)定性.加里·吉斯特(GaryGiust):傳統(tǒng)觀點可能會建議設(shè)計人員根據(jù)其橫幅數(shù)據(jù)表規(guī)格在整個溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定性,為其選擇OCXO.但是,這種溫度穩(wěn)定性指標(biāo)通常可以代替整體穩(wěn)定性.在某些應(yīng)用中,這可能會產(chǎn)生誤導(dǎo),因為當(dāng)放置在動態(tài)變化的環(huán)境中時,它無法捕獲振蕩器的穩(wěn)定性.

EP:設(shè)計人員對熱梯度敏感的設(shè)計時應(yīng)仔細(xì)研究哪些規(guī)格?

Giust:精密振蕩器的頻率與溫度的斜率,也稱為dF/dT,是對熱梯度敏感的設(shè)計的關(guān)鍵考慮因素.例如,5G無線電中的電子設(shè)備會經(jīng)受各種各樣的動態(tài)熱條件,但要依靠對流冷卻.實際上,由于許多原因,可能會導(dǎo)致無線電機柜內(nèi)部出現(xiàn)明顯的溫度梯度,包括突然的陣雨,陣風(fēng)鋒線,陣風(fēng)以及雷暴坍塌帶來的熱爆發(fā),這些因素在幾分鐘之內(nèi)都會改變數(shù)十度甚至更高的環(huán)境溫度.重要的是要注意,溫度變化也可能由內(nèi)部變化引起.例如,處理數(shù)據(jù)突發(fā)可能會使環(huán)境溫度升高幾度,并影響附近的振蕩器.

在此類應(yīng)用中,基于MEMS的TCXO可以提供比石英晶體振蕩器更高的穩(wěn)定性.例如,SiTime的基于MEMS的Elite Super-TCXO的dF/dT性能在很大程度上與設(shè)備上的氣流是否靜止還是微風(fēng)無關(guān).相比之下,石英TCXO在靜止空氣中表現(xiàn)更好(不是在實際應(yīng)用中),并且在微風(fēng)條件下會顯著降解.

Elite SiT5356 MEMS Super-TCXO的dF/dT性能在整個工作溫度范圍內(nèi)保持相當(dāng)穩(wěn)定.在較大的溫度上升速率(例如5℃/min)下,Elite TCXO的dF/dT性能也保持不變,而對于石英設(shè)備,它們的性能會下降.TCXO dF/dT性能的這一水平與入門級OCXO的水平相當(dāng)(表1). 

EP:dF/dT性能如何轉(zhuǎn)化為5G網(wǎng)絡(luò)更好的性能?

Giust:dF/dT性能是在IEEE1588網(wǎng)絡(luò)中提供時間同步的重要因素,其中較低的dF/dT轉(zhuǎn)換為更準(zhǔn)確的時間戳.5G網(wǎng)絡(luò)和其他高可靠性應(yīng)用程序(例如金融交易系統(tǒng)和智能電網(wǎng))依靠振蕩器的穩(wěn)定性來提供可實現(xiàn)實時服務(wù)的準(zhǔn)確時間戳.

實時5G應(yīng)用程序依靠IEEE1588以最小的數(shù)據(jù)包延遲變化(PDV)在數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)時間同步.這是理想的,因為PDV將噪聲添加到時間值中并降低了實時服務(wù)的用戶體驗.選擇具有較低dF/dT的振蕩器可使設(shè)計人員減少IEEE1588伺服環(huán)路帶寬,從而過濾更多的PDV,并為實時服務(wù)的推廣提供更準(zhǔn)確的時間戳.

EP:與高穩(wěn)定性能相關(guān)的成本如何?

Giust:這種穩(wěn)定性水平還可以在整個設(shè)計中節(jié)省成本.Elite MEMS TCXO的成本低于入門級OCXO.集成設(shè)備所占的面積也比OCXO小得多,這對于空間有限的設(shè)計至關(guān)重要.EliteTCXO還集成了電壓調(diào)節(jié)器,從而無需外部調(diào)節(jié)器.

除了節(jié)省電路板空間外,Elite TCXO晶振還提供了靈活性.與必須隔離的OCXO不同,EliteTCXO可以不受限制地放置在板上的任何位置.例如,可以將它們放置在循環(huán)打開/關(guān)閉的風(fēng)扇旁邊,或緊挨著需要大量電流的大型ASIC旁邊,并且無需用金屬或塑料蓋覆蓋,從而將整體高度降至最低.

與入門級OCXO相比,它還具有操作優(yōu)勢.與典型的OCXO(最高工作溫度為85℃和50MHz)相比,Elite MEMS Super-TCXO的最高工作溫度為105℃,支持的頻率最高為220MHz.Elite MEMS Super-TCXO也更加可靠.這些高質(zhì)量的TCXO通過基于硅的[MEMS]諧振器實現(xiàn)了100％的硅供應(yīng)鏈.此外,它們不易受到石英設(shè)備定時異常的影響,包括頻率跳躍和活動性下降. 

SiTime專有的Dual MEMS技術(shù)和Turbo Compensation溫度感應(yīng)方案可實現(xiàn)Elite SiT5356 MEMS Super-TCXO的性能.TCXO還利用了SiTime晶振獨特的架構(gòu),即在單個芯片中共同制造的兩個硅MEMS諧振器(Dual MEMS技術(shù))以及具有Turbo Compensation技術(shù)的混合信號CMOSIC.這樣可在整個溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)出色的頻率穩(wěn)定性,并具有對動態(tài)熱干擾的魯棒性(如短片所示).

EP:如果溫度梯度對精密溫補晶振的穩(wěn)定性有很大影響,您是否發(fā)現(xiàn)設(shè)計人員正在仔細(xì)研究dF/dT性能?Giust:這些考慮應(yīng)由受熱梯度影響的系統(tǒng)的任何設(shè)計人員牢記,例如電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備.為了獲得卓越的性能,選擇精密振蕩器應(yīng)該考慮dF/dT性能,而不是簡單地考慮傳統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性指標(biāo).

溫度梯度如何影響可編程TCXO振蕩器的穩(wěn)定性