微小型OCXO振蕩器網(wǎng)絡(luò)定時(shí)使用方案
來(lái)源：http://www.hhamai.cn 作者：金洛鑫電子 2019年08月02
傳統(tǒng)的OCXO振蕩器做種普遍較大,不適合用到有小型化要求的產(chǎn)品身上,幾十年來(lái)海內(nèi)外的晶體制造商不斷研究小體積OCXO,這幾年終于有了一絲突破.Rakon晶振公司是主要的OCXO供應(yīng)商,成功開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)小體積,性能高,專用于網(wǎng)絡(luò)定時(shí)模塊的OCXO振蕩器.在OCXO中,通過(guò)將整個(gè)振蕩器封閉在保持恒定高溫的“烘箱”內(nèi),幾乎消除了環(huán)境溫度的影響.由于傳統(tǒng)的OCXO往往體積龐大且耗電,Rakon開(kāi)發(fā)了Mercury™/Mercury+™系列微型OCXO.在Mercury™/Mercury+™OCXO中,微型烤箱使晶體振蕩器保持在略高于指定操作溫度的恒定溫度下.溫度范圍,例如在-92°C時(shí),對(duì)于工作溫度范圍為-40°C至+85°C的器件.
每個(gè)器件都在溫度室內(nèi)的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試.數(shù)據(jù)表中規(guī)定的工作溫度是OCXO附近的空氣溫度.請(qǐng)注意,OCXO附近的熱源可能會(huì)使電路板溫度高于空氣溫度.如果由于客戶模塊內(nèi)的對(duì)流加熱,OCXO晶振的內(nèi)部溫度超過(guò)其規(guī)定的最高工作溫度,則OCXO將不再保持其穩(wěn)定性.即使OCXO外部的空氣溫度仍低于OCXO的最高工作溫度,也會(huì)發(fā)生這種情況.重要的是要意識(shí)到熱量使OCXO具有穩(wěn)定性,即使熱量通常被認(rèn)為是電子組件中不需要的副產(chǎn)品.如果電路板溫度低于最高工作溫度,則無(wú)需冷卻設(shè)備-事實(shí)上,冷卻可能對(duì)OCXO的短期和中期穩(wěn)定性有害.
一般準(zhǔn)則
請(qǐng)從項(xiàng)目一開(kāi)始就咨詢Rakon,并在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中繼續(xù)參與.評(píng)估板可用于協(xié)助Mercury™/Mercury+™OCXO的臺(tái)架測(cè)試.該板可以適應(yīng)各種封裝格式選項(xiàng).
電源注意事項(xiàng)
建議使用本地低噪聲電源穩(wěn)壓器將OCXO與外部電源噪聲源隔離.這種調(diào)節(jié)器(LinearTechnology的LT1763系列)的一個(gè)例子如圖1所示.
圖1:3.3V低噪聲穩(wěn)壓器
本地電源的尺寸必須能夠處理OCXO的預(yù)熱電流.OCXO有源晶振的預(yù)熱功率被編程為限制在某個(gè)值.標(biāo)準(zhǔn)預(yù)熱和穩(wěn)態(tài)功耗限制可在下表中找到.
還建議將OCXO的電源與靠近器件的10μF電容去耦.
電壓控制
如果已指定電壓控制,則必須認(rèn)識(shí)到典型增益?zhèn)鬏?Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能導(dǎo)致相當(dāng)大的頻率誤差.通過(guò)接地引線阻抗的高電流將產(chǎn)生誤差電壓,如果加到控制電壓,將導(dǎo)致頻率誤差.因此,需要將控制電壓的接地連接到靠近OCXO的地.建議電壓可控OCXO不用于需要固定頻率OCXO的應(yīng)用.Rakon可以提供專用的固定頻率OCXO石英晶體振蕩器.如果電壓可控部件的重復(fù)使用是不可避免的,則必須根據(jù)OCXO的詳細(xì)規(guī)范將控制電壓(Vc)引腳連接到正確的標(biāo)稱控制電壓.
輸出負(fù)載
為獲得最佳穩(wěn)定性,建議按照詳細(xì)規(guī)范中所述的額定負(fù)載加載輸出,因?yàn)樵谏a(chǎn)中校準(zhǔn)設(shè)備時(shí)使用此負(fù)載.根據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)所代表的負(fù)載,可能需要添加額外的電容.例如,如果輸入和軌道的組合負(fù)載為7pF,標(biāo)稱負(fù)載為15pF,則應(yīng)將一個(gè)大約8pF的電容添加到輸出負(fù)載.如果負(fù)載超過(guò)額定負(fù)載(超過(guò)5pF),建議使用扇出緩沖器.在測(cè)試OCXO時(shí)請(qǐng)注意,器件不能直接驅(qū)動(dòng)50Ω輸入,但需要緩沖(Rakon評(píng)估板可以配備緩沖器用于此目的).
熱指南
在穩(wěn)態(tài)條件下,OCXO石英晶振將按照規(guī)范執(zhí)行.在“預(yù)熱”時(shí)段之后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),其包括振蕩器和安裝它的電路板,在恒定溫度和氣流的條件下.對(duì)于漂移一致性測(cè)試,建議在開(kāi)始測(cè)量之前將電路板上電至少24小時(shí)(如果部件最近焊接,則為48小時(shí)),并將溫度變化保持在±1°C范圍內(nèi)(除非相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中另有說(shuō)明)).OCXO外部溫度的變化將導(dǎo)致加熱器電流的增加或減少,因?yàn)榭鞠湓噲D保持恒定的內(nèi)部溫度.這是一個(gè)臨界阻尼閉環(huán)系統(tǒng),其響應(yīng)將滯后于外部刺激,導(dǎo)致相位和頻率變化(即頻率漂移).
因此,最好將外部溫度波動(dòng)保持在最低限度.短期溫度波動(dòng)的主要原因是當(dāng)風(fēng)扇以不同的速度運(yùn)行或間歇使用時(shí)氣流量的變化.溫度變化的另一個(gè)來(lái)源是OCXO附近的電路間歇性接通.這可以產(chǎn)生足夠的熱量來(lái)干擾熱平衡.最好使這種電路遠(yuǎn)離振蕩器.由于不需要冷卻OCXO,因此可以通過(guò)將其與環(huán)境隔離來(lái)大大提高其短期和中期穩(wěn)定性.兩個(gè)重要因素是電路板布局和氣流.
印刷電路板布局考慮因素
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)RF實(shí)踐,保持軌道短路并將振蕩器放置在定時(shí)電路附近.使用規(guī)范中詳述的推薦焊盤(pán)布局.雖然使用接地和電源平面通常是一種很好的做法,但為了避免熱能損失,這些平面(銅澆注)不應(yīng)在任何層中的OCXO下面使用.出于同樣的原因,不要在OCXO區(qū)域下面布置任何軌道.建議將這個(gè)超出振蕩器尺寸的禁區(qū)擴(kuò)寬至少相當(dāng)于所用板厚的數(shù)量.例如.如果在2mm厚的多層板上使用尺寸為9.7x7.5mm的振蕩器,則軌道和平面禁區(qū)應(yīng)至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤(pán)的軌道應(yīng)具有小于1mm的寬度,以避免從OCXO傳導(dǎo)熱量,并且不應(yīng)連接到禁區(qū)內(nèi)的任何層.為了進(jìn)一步減少OCXO和電路板之間的熱傳遞,建議在OCXO貼片晶振周?chē)碾娐钒迳锨懈?-2mm寬的插槽.如果無(wú)法實(shí)施這些建議,請(qǐng)聯(lián)系Rakon討論潛在的替代解決方案.
氣流考慮因素
為了滿足規(guī)范要求,OCXO振蕩器必須屏蔽氣流.將振蕩器放在空氣流量低的地方.可以使用高大的部件或機(jī)械部件來(lái)局部地屏蔽振蕩器.如果這是不可能的或屏蔽不充分,可以在OCXO上放置塑料或金屬通風(fēng)蓋.如果氣流大于0.5米/秒,Rakon建議使用這種蓋子.建議蓋子在振蕩器上方和周?chē)舫鲋辽賻缀撩椎臍庀?下圖顯示了關(guān)閉和間歇時(shí)氣流(1m/s)的影響.圖2顯示了沒(méi)有屏蔽的Mercury性能,圖3顯示了帶有拔模蓋的同一設(shè)備.
蓋子需要用粘合劑固定.可以使用任何適合于將部件粘合到印刷電路板上的粘合劑.實(shí)例是Loctite3220和EpotekTJ1104-LH(以前稱為Epotek102-104).這些示例僅供參考-用戶仍負(fù)責(zé)評(píng)估適用性.
回流焊接
如果溫度曲線與恒溫晶體振蕩器規(guī)格中包含的溫度曲線兼容,則這些器件適用于采用無(wú)鉛工藝的回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清潔后可能會(huì)殘留清潔液.我們不建議清潔本產(chǎn)品,因?yàn)闅埩舻乃趾?或殘留物可能會(huì)降低性能.ROM1490xx是一種密封產(chǎn)品,可以清洗.
每個(gè)器件都在溫度室內(nèi)的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試.數(shù)據(jù)表中規(guī)定的工作溫度是OCXO附近的空氣溫度.請(qǐng)注意,OCXO附近的熱源可能會(huì)使電路板溫度高于空氣溫度.如果由于客戶模塊內(nèi)的對(duì)流加熱,OCXO晶振的內(nèi)部溫度超過(guò)其規(guī)定的最高工作溫度,則OCXO將不再保持其穩(wěn)定性.即使OCXO外部的空氣溫度仍低于OCXO的最高工作溫度,也會(huì)發(fā)生這種情況.重要的是要意識(shí)到熱量使OCXO具有穩(wěn)定性,即使熱量通常被認(rèn)為是電子組件中不需要的副產(chǎn)品.如果電路板溫度低于最高工作溫度,則無(wú)需冷卻設(shè)備-事實(shí)上,冷卻可能對(duì)OCXO的短期和中期穩(wěn)定性有害.
一般準(zhǔn)則
請(qǐng)從項(xiàng)目一開(kāi)始就咨詢Rakon,并在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中繼續(xù)參與.評(píng)估板可用于協(xié)助Mercury™/Mercury+™OCXO的臺(tái)架測(cè)試.該板可以適應(yīng)各種封裝格式選項(xiàng).
電源注意事項(xiàng)
建議使用本地低噪聲電源穩(wěn)壓器將OCXO與外部電源噪聲源隔離.這種調(diào)節(jié)器(LinearTechnology的LT1763系列)的一個(gè)例子如圖1所示.
圖1:3.3V低噪聲穩(wěn)壓器
| 能量消耗 | 熱身 | 在25°C時(shí)保持穩(wěn)態(tài) |
| RFPO40/RFPO45,RFPO50/RFPO55-20°C至+70°C | 最大.1000mW(典型值800mW) | 最大.350mW |
| RFPO40/RFPO45,RFPO50/RFPO55-40°C至+85°C | 最大.1200mW(典型值1000mW) | 最大.400毫瓦 |
| ROM1490xx-40°C至+85°C | 最大.1500mW(典型值1200mW) | 最大.440毫瓦 |
電壓控制
如果已指定電壓控制,則必須認(rèn)識(shí)到典型增益?zhèn)鬏?Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能導(dǎo)致相當(dāng)大的頻率誤差.通過(guò)接地引線阻抗的高電流將產(chǎn)生誤差電壓,如果加到控制電壓,將導(dǎo)致頻率誤差.因此,需要將控制電壓的接地連接到靠近OCXO的地.建議電壓可控OCXO不用于需要固定頻率OCXO的應(yīng)用.Rakon可以提供專用的固定頻率OCXO石英晶體振蕩器.如果電壓可控部件的重復(fù)使用是不可避免的,則必須根據(jù)OCXO的詳細(xì)規(guī)范將控制電壓(Vc)引腳連接到正確的標(biāo)稱控制電壓.
輸出負(fù)載
為獲得最佳穩(wěn)定性,建議按照詳細(xì)規(guī)范中所述的額定負(fù)載加載輸出,因?yàn)樵谏a(chǎn)中校準(zhǔn)設(shè)備時(shí)使用此負(fù)載.根據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)所代表的負(fù)載,可能需要添加額外的電容.例如,如果輸入和軌道的組合負(fù)載為7pF,標(biāo)稱負(fù)載為15pF,則應(yīng)將一個(gè)大約8pF的電容添加到輸出負(fù)載.如果負(fù)載超過(guò)額定負(fù)載(超過(guò)5pF),建議使用扇出緩沖器.在測(cè)試OCXO時(shí)請(qǐng)注意,器件不能直接驅(qū)動(dòng)50Ω輸入,但需要緩沖(Rakon評(píng)估板可以配備緩沖器用于此目的).
熱指南
在穩(wěn)態(tài)條件下,OCXO石英晶振將按照規(guī)范執(zhí)行.在“預(yù)熱”時(shí)段之后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),其包括振蕩器和安裝它的電路板,在恒定溫度和氣流的條件下.對(duì)于漂移一致性測(cè)試,建議在開(kāi)始測(cè)量之前將電路板上電至少24小時(shí)(如果部件最近焊接,則為48小時(shí)),并將溫度變化保持在±1°C范圍內(nèi)(除非相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中另有說(shuō)明)).OCXO外部溫度的變化將導(dǎo)致加熱器電流的增加或減少,因?yàn)榭鞠湓噲D保持恒定的內(nèi)部溫度.這是一個(gè)臨界阻尼閉環(huán)系統(tǒng),其響應(yīng)將滯后于外部刺激,導(dǎo)致相位和頻率變化(即頻率漂移).
因此,最好將外部溫度波動(dòng)保持在最低限度.短期溫度波動(dòng)的主要原因是當(dāng)風(fēng)扇以不同的速度運(yùn)行或間歇使用時(shí)氣流量的變化.溫度變化的另一個(gè)來(lái)源是OCXO附近的電路間歇性接通.這可以產(chǎn)生足夠的熱量來(lái)干擾熱平衡.最好使這種電路遠(yuǎn)離振蕩器.由于不需要冷卻OCXO,因此可以通過(guò)將其與環(huán)境隔離來(lái)大大提高其短期和中期穩(wěn)定性.兩個(gè)重要因素是電路板布局和氣流.
印刷電路板布局考慮因素
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)RF實(shí)踐,保持軌道短路并將振蕩器放置在定時(shí)電路附近.使用規(guī)范中詳述的推薦焊盤(pán)布局.雖然使用接地和電源平面通常是一種很好的做法,但為了避免熱能損失,這些平面(銅澆注)不應(yīng)在任何層中的OCXO下面使用.出于同樣的原因,不要在OCXO區(qū)域下面布置任何軌道.建議將這個(gè)超出振蕩器尺寸的禁區(qū)擴(kuò)寬至少相當(dāng)于所用板厚的數(shù)量.例如.如果在2mm厚的多層板上使用尺寸為9.7x7.5mm的振蕩器,則軌道和平面禁區(qū)應(yīng)至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤(pán)的軌道應(yīng)具有小于1mm的寬度,以避免從OCXO傳導(dǎo)熱量,并且不應(yīng)連接到禁區(qū)內(nèi)的任何層.為了進(jìn)一步減少OCXO和電路板之間的熱傳遞,建議在OCXO貼片晶振周?chē)碾娐钒迳锨懈?-2mm寬的插槽.如果無(wú)法實(shí)施這些建議,請(qǐng)聯(lián)系Rakon討論潛在的替代解決方案.
氣流考慮因素
為了滿足規(guī)范要求,OCXO振蕩器必須屏蔽氣流.將振蕩器放在空氣流量低的地方.可以使用高大的部件或機(jī)械部件來(lái)局部地屏蔽振蕩器.如果這是不可能的或屏蔽不充分,可以在OCXO上放置塑料或金屬通風(fēng)蓋.如果氣流大于0.5米/秒,Rakon建議使用這種蓋子.建議蓋子在振蕩器上方和周?chē)舫鲋辽賻缀撩椎臍庀?下圖顯示了關(guān)閉和間歇時(shí)氣流(1m/s)的影響.圖2顯示了沒(méi)有屏蔽的Mercury性能,圖3顯示了帶有拔模蓋的同一設(shè)備.
回流焊接
如果溫度曲線與恒溫晶體振蕩器規(guī)格中包含的溫度曲線兼容,則這些器件適用于采用無(wú)鉛工藝的回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清潔后可能會(huì)殘留清潔液.我們不建議清潔本產(chǎn)品,因?yàn)闅埩舻乃趾?或殘留物可能會(huì)降低性能.ROM1490xx是一種密封產(chǎn)品,可以清洗.
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