有源的頻率控制元器件有很多種，相信大家也比較熟悉了，雖然現在越做越高端，但是每一種石英晶體振蕩器有優勢，也有不同的缺陷。例如時鐘振蕩器雖然成本相對較低，穩定性好，但是部分要求高的產品無法滿足，OCXO振蕩器雖然可滿足高性能需求，但是體積比較大，不適用小型便攜型設備，TCXO晶振尺寸小，精度高，而且具有溫度補償作用，但是一般成本高，交期慢，因此也并不是完全適用于所有產品類型。今天我們將介紹一種大多數人沒聽說過的EMXO晶振，它的全稱是Evacuated MiniatureCrystal Oscillator，這是一種真空微型晶體振蕩器，那么它究竟與其他振蕩器有什么不同呢？

當頻率與溫度要求過于嚴格而無法通過基本XO（晶體振蕩器）或TCXO（溫補晶體振蕩器）來滿足時，使用OCXO（烘箱控制晶體振蕩器）。使用OCXO時，晶體和臨界電路的溫度會隨著振蕩器外部溫度的變化而保持恒定。用烤箱控制振蕩器內的溫度可保持恒溫。在OCXO中，感測環境溫度的變化，然后將其反饋到烤箱控制器，該控制器在振蕩器外殼內持續保持恒定的最佳溫度。OCXO可以將晶體的固有穩定性提高5000倍以上。烤箱控制系統并不完美，開環增益不是無限的，烤箱內部有內部溫度梯度（振蕩器），而在傳統的烤箱中，烤箱外殼的電路會受到環境溫度變化的影響。“拉”頻率。

與XO或TCXO相比，傳統OCXO的溫度穩定性能得到了極大的提升。例如，OCXO的功耗大于200倍。還有一個尺寸考慮因素。在普通的OCXO中，將晶體封裝在金屬外殼中，然后將其與溫度敏感電路一起放入烤箱外殼中，然后用隔熱材料包圍。然后將所有這些以及任何附加電路放置在金屬外殼中，制成龐大的封裝，這變得非常難以小型化。為了克服這些障礙，EX-380系列EMXO振蕩器（真空微型烤箱控制晶體振蕩器）專門開發用于實現OCXO性能，同時顯著降低功耗并減小封裝尺寸（見圖1）。

這些特性齊頭并進，因為減小封裝尺寸可以更容易地改善功耗。首先，使包裝的體積盡可能小，以減小烤箱需要加熱的體積。其次，需要使用最有效的絕緣材料。在EX-380系列中，Vectron已經完成了這兩項工作。該封裝設計為單個DIP尺寸為0.82“x0.52”x0.3“，石英晶體振蕩器使用真空作為絕緣介質-與傳統的泡沫塑料或基于纖維的絕緣材料相比有了顯著的改進.Vectron努力減小尺寸的另一個重要因素并且仍然提供“烤箱振蕩器”的性能是為了消除大包裝晶體的使用，到目前為止，必須使用它來實現良好的老化。相反，使用開放式晶體坯料的方法被發現并且變得實用.Vectron已經成功地解決了可能降低性能的除氣和污染問題。要做到這一點，需要制造具有高內部真空度的振蕩器，內部除氣率低，以提供所需的隔熱效果。需要高水平的清潔度來防止開放（未包裹）晶體空白的污染，并確保特殊的長期晶體老化。

該封裝的關鍵設計特點采用了將空白精密晶體與混合微電子電路相結合的概念。在這樣做時，獲得良好的老化性能是至關重要的。出于這個原因，冷焊包裝概念將空白形式的精密晶體與混合微電子電路相結合。在這樣做的過程中，獲得良好的老化性能是準備好的。因此，選擇冷焊接封裝而不是更傳統的電阻焊接封裝。冷焊密封在韌性金屬表面之間提供了真正的冶金結合，而沒有來自密封過程的額外熱量。在通過焊接模具的壓痕引入的高噸位壓力下，材料的可塑性流動發生在配合表面上。最終結果是密封的外殼，沒有焊接飛濺，灰塵和蒸汽的污染。而且，最重要的是，冷焊密封外殼可實現高水平的真空完整性。

機械地，混合電路和晶體組件直接懸掛在高度絕緣的結構上，以最小化通過傳導的熱能損失。另外，整個組件通過真空在10-6托的壓力水平下與外殼絕熱。基于穩態熱傳導計算，該封裝設計產生的熱阻大于300攝氏度/瓦.EMXO振蕩器制造工藝很有意思，工藝流程圖如下圖2所示。

基板采用厚膜絲網印刷技術制造，每個沉積層經受三個不同的工藝階段-印刷，干燥和火焰。晶體夾子附著在具有高導熱性的基板上的金導體跡線上。使用導電粘合劑將所有有源和無源晶振安裝在基板上，然后移至保護爐進行固化。在固化過程之后，清潔混合物以去除有機和非有機污染物。導線在混合電路上作為互連接合。然后用粘合劑將混合電路連接到冷焊組件上。最后，將空白晶體安裝到夾子上，并通過蒸發過程調節到所需的標稱頻率，典型精度為1ppm。然后將這些單元冷焊密封。烤箱本身通過施加到導熱基底的直接熱傳導來加熱。顯示了這種“開放空白”EMXO概念，并與傳統的OCXO結構相比，如下圖3所示。

在上面的圖3中，1,2和3反映了傳統的OCXO結構，而4是EMXO。它顯示了SDILEMXO的主要元素。僅使用一個基板并且所有元件都被加熱。振蕩器基本上是CMOS門類型，帶有額外的變容二極管和LC陷波器，用于泛音選擇。根據應用的要求，諧振器是第3泛音，AT或雙旋轉切割，與傳統的基波諧振器相比，它們都具有優異的老化性能。

預計EX-380系列將發現在嚴苛的機械環境中性能對電氣性能同等重要的應用。因此，EX-380系列的另一個重點是提供堅固的結構，以承受高沖擊和振動，并產生良好的Gsensitivity性能。例如，當振蕩器的物理方向改變時，由于重力引起的晶體坯料上的應力變化，頻率變化很小（通常在90度旋轉中不超過10-9的幾個部分）對晶體支撐的影響。這種特性被稱為“翻倒”并以10-9/g表示，其中一個表示180度方向變化的一半。為了最大限度地減少這種對晶體支撐的影響。該特征稱為“翻倒”并以10-9/g表示，其中1g表示180度取向變化的一半。為了最大限度地減少這種變化，并提高沖擊和振動下的性能，晶體坯料安裝在對稱的安裝結構中，而不是傳統的2或3點。

這有助于實現高沖擊和振動耐久性水平，低g敏感性能和對稱熱傳遞。而且，當晶體振蕩器工作并受到振動時，產生寄生頻率，通過振動頻率偏離振蕩頻率。這些通常被稱為“振動引起的邊帶”，并且這些邊帶的行為類似于相位噪聲。這些雜散輸出的幅度與振動幅度，晶體支撐的機械設計以及振蕩器組件的機械設計（包括晶體安裝）有關。這里對稱的晶體安裝結構也有助于減少不必要的噪音。

AT和雙旋轉晶體均可用于EX-380系列。盡管許多類型的雙旋轉晶體在振動下產生的振幅低于AT，但這一特性主要取決于石英晶體和振蕩器的機械設計，而不是特定的晶體切割。在許多應用中，Vectron在振蕩器中使用雙旋轉諧振器，以提供更低的相位噪聲，更好的老化速率和更低的加速度靈敏度。在不太關鍵的應用中，使用較便宜的AT切割晶體。

圖4至10表示各種特性的合格樣品的典型實際測試數據。

型號EX-380，薄型4針DIP真空微型，烤箱控制晶體振蕩器（EMXO）可在10MHz至20MHz的選定頻率下使用。該裝置在極小的包裝中提供極低的老化速率和高溫穩定性-適應各種環境條件。通孔單元尺寸僅為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溫度穩定性為±1x10-7，溫度范圍為-40ºC至+85ºC，可提供10年的溫度范圍。-55ºC至+85ºC可提供更寬的溫度范圍。通過應用新的諧振器設計理念和技術突破，可實現這一性能.EMXO彌補了當前大型高精度OCXO和較小TCXO之間的差距，成為最經濟的選擇，需要光譜純度，短期和長期穩定性，以及小尺寸和大幅降低的功耗。

EX-380系列的標準電源電壓為3.3Vdc和5Vdc，也可提供12Vdc，均帶有HCMOS輸出。可提供該振蕩器的表面貼裝版本（EX-385）。表面貼裝版本提供+3.0dBm/50歐姆的正弦波輸出。這些EMXO單元非常適用于SONET/SDH，DWDM，FDM，ATM，3G，電信傳輸和交換設備，無線通信設備以及軍用機載和移動系統。

目前晶體振蕩器的技術越來越高，未來也許還有更多新型的晶體或振蕩器出現，滿足越來越先進的產品要求，當這些振蕩器被普及使用時，世界也許會發現不小的變化，EMXO晶振是美國Vectron晶振公司提出并實踐的，如需更詳細的資料，歡迎聯系金洛鑫電子！