微小型OCXO振蕩器網絡定時使用方案
來源：http://www.benpai.com.cn 作者：金洛鑫電子 2019年08月02
傳統的OCXO振蕩器做種普遍較大,不適合用到有小型化要求的產品身上,幾十年來海內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供應商,成功開發并生產小體積,性能高,專用于網絡定時模塊的OCXO振蕩器.在OCXO中,通過將整個振蕩器封閉在保持恒定高溫的“烘箱”內,幾乎消除了環境溫度的影響.由于傳統的OCXO往往體積龐大且耗電,Rakon開發了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,對于工作溫度范圍為-40°C至+85°C的器件.
每個器件都在溫度室內的整個工作溫度范圍內進行測試.數據表中規定的工作溫度是OCXO附近的空氣溫度.請注意,OCXO附近的熱源可能會使電路板溫度高于空氣溫度.如果由于客戶模塊內的對流加熱,OCXO晶振的內部溫度超過其規定的最高工作溫度,則OCXO將不再保持其穩定性.即使OCXO外部的空氣溫度仍低于OCXO的最高工作溫度,也會發生這種情況.重要的是要意識到熱量使OCXO具有穩定性,即使熱量通常被認為是電子組件中不需要的副產品.如果電路板溫度低于最高工作溫度,則無需冷卻設備-事實上,冷卻可能對OCXO的短期和中期穩定性有害.
一般準則
請從項目一開始就咨詢Rakon,并在整個開發過程中繼續參與.評估板可用于協助Mercury™/Mercury+™OCXO的臺架測試.該板可以適應各種封裝格式選項.
電源注意事項
建議使用本地低噪聲電源穩壓器將OCXO與外部電源噪聲源隔離.這種調節器(LinearTechnology的LT1763系列)的一個例子如圖1所示.
圖1:3.3V低噪聲穩壓器
本地電源的尺寸必須能夠處理OCXO的預熱電流.OCXO有源晶振的預熱功率被編程為限制在某個值.標準預熱和穩態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,則必須認識到典型增益傳輸(Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能導致相當大的頻率誤差.通過接地引線阻抗的高電流將產生誤差電壓,如果加到控制電壓,將導致頻率誤差.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使用是不可避免的,則必須根據OCXO的詳細規范將控制電壓(Vc)引腳連接到正確的標稱控制電壓.
輸出負載
為獲得最佳穩定性,建議按照詳細規范中所述的額定負載加載輸出,因為在生產中校準設備時使用此負載.根據輸入驅動所代表的負載,可能需要添加額外的電容.例如,如果輸入和軌道的組合負載為7pF,標稱負載為15pF,則應將一個大約8pF的電容添加到輸出負載.如果負載超過額定負載(超過5pF),建議使用扇出緩沖器.在測試OCXO時請注意,器件不能直接驅動50Ω輸入,但需要緩沖(Rakon評估板可以配備緩沖器用于此目的).
熱指南
在穩態條件下,OCXO石英晶振將按照規范執行.在“預熱”時段之后達到穩定狀態,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.對于漂移一致性測試,建議在開始測量之前將電路板上電至少24小時(如果部件最近焊接,則為48小時),并將溫度變化保持在±1°C范圍內(除非相關標準中另有說明)).OCXO外部溫度的變化將導致加熱器電流的增加或減少,因為烤箱試圖保持恒定的內部溫度.這是一個臨界阻尼閉環系統,其響應將滯后于外部刺激,導致相位和頻率變化(即頻率漂移).
因此,最好將外部溫度波動保持在最低限度.短期溫度波動的主要原因是當風扇以不同的速度運行或間歇使用時氣流量的變化.溫度變化的另一個來源是OCXO附近的電路間歇性接通.這可以產生足夠的熱量來干擾熱平衡.最好使這種電路遠離振蕩器.由于不需要冷卻OCXO,因此可以通過將其與環境隔離來大大提高其短期和中期穩定性.兩個重要因素是電路板布局和氣流.
印刷電路板布局考慮因素
應用標準RF實踐,保持軌道短路并將振蕩器放置在定時電路附近.使用規范中詳述的推薦焊盤布局.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)不應在任何層中的OCXO下面使用.出于同樣的原因,不要在OCXO區域下面布置任何軌道.建議將這個超出振蕩器尺寸的禁區擴寬至少相當于所用板厚的數量.例如.如果在2mm厚的多層板上使用尺寸為9.7x7.5mm的振蕩器,則軌道和平面禁區應至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤的軌道應具有小于1mm的寬度,以避免從OCXO傳導熱量,并且不應連接到禁區內的任何層.為了進一步減少OCXO和電路板之間的熱傳遞,建議在OCXO貼片晶振周圍的電路板上切割1-2mm寬的插槽.如果無法實施這些建議,請聯系Rakon討論潛在的替代解決方案.
氣流考慮因素
為了滿足規范要求,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械部件來局部地屏蔽振蕩器.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圍留出至少幾毫米的氣隙.下圖顯示了關閉和間歇時氣流(1m/s)的影響.圖2顯示了沒有屏蔽的Mercury性能,圖3顯示了帶有拔模蓋的同一設備.
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.實例是Loctite3220和EpotekTJ1104-LH(以前稱為Epotek102-104).這些示例僅供參考-用戶仍負責評估適用性.
回流焊接
如果溫度曲線與恒溫晶體振蕩器規格中包含的溫度曲線兼容,則這些器件適用于采用無鉛工藝的回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清潔后可能會殘留清潔液.我們不建議清潔本產品,因為殘留的水分和/或殘留物可能會降低性能.ROM1490xx是一種密封產品,可以清洗.
每個器件都在溫度室內的整個工作溫度范圍內進行測試.數據表中規定的工作溫度是OCXO附近的空氣溫度.請注意,OCXO附近的熱源可能會使電路板溫度高于空氣溫度.如果由于客戶模塊內的對流加熱,OCXO晶振的內部溫度超過其規定的最高工作溫度,則OCXO將不再保持其穩定性.即使OCXO外部的空氣溫度仍低于OCXO的最高工作溫度,也會發生這種情況.重要的是要意識到熱量使OCXO具有穩定性,即使熱量通常被認為是電子組件中不需要的副產品.如果電路板溫度低于最高工作溫度,則無需冷卻設備-事實上,冷卻可能對OCXO的短期和中期穩定性有害.
一般準則
請從項目一開始就咨詢Rakon,并在整個開發過程中繼續參與.評估板可用于協助Mercury™/Mercury+™OCXO的臺架測試.該板可以適應各種封裝格式選項.
電源注意事項
建議使用本地低噪聲電源穩壓器將OCXO與外部電源噪聲源隔離.這種調節器(LinearTechnology的LT1763系列)的一個例子如圖1所示.
圖1:3.3V低噪聲穩壓器
| 能量消耗 | 熱身 | 在25°C時保持穩態 |
| 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,則必須認識到典型增益傳輸(Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能導致相當大的頻率誤差.通過接地引線阻抗的高電流將產生誤差電壓,如果加到控制電壓,將導致頻率誤差.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使用是不可避免的,則必須根據OCXO的詳細規范將控制電壓(Vc)引腳連接到正確的標稱控制電壓.
輸出負載
為獲得最佳穩定性,建議按照詳細規范中所述的額定負載加載輸出,因為在生產中校準設備時使用此負載.根據輸入驅動所代表的負載,可能需要添加額外的電容.例如,如果輸入和軌道的組合負載為7pF,標稱負載為15pF,則應將一個大約8pF的電容添加到輸出負載.如果負載超過額定負載(超過5pF),建議使用扇出緩沖器.在測試OCXO時請注意,器件不能直接驅動50Ω輸入,但需要緩沖(Rakon評估板可以配備緩沖器用于此目的).
熱指南
在穩態條件下,OCXO石英晶振將按照規范執行.在“預熱”時段之后達到穩定狀態,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.對于漂移一致性測試,建議在開始測量之前將電路板上電至少24小時(如果部件最近焊接,則為48小時),并將溫度變化保持在±1°C范圍內(除非相關標準中另有說明)).OCXO外部溫度的變化將導致加熱器電流的增加或減少,因為烤箱試圖保持恒定的內部溫度.這是一個臨界阻尼閉環系統,其響應將滯后于外部刺激,導致相位和頻率變化(即頻率漂移).
因此,最好將外部溫度波動保持在最低限度.短期溫度波動的主要原因是當風扇以不同的速度運行或間歇使用時氣流量的變化.溫度變化的另一個來源是OCXO附近的電路間歇性接通.這可以產生足夠的熱量來干擾熱平衡.最好使這種電路遠離振蕩器.由于不需要冷卻OCXO,因此可以通過將其與環境隔離來大大提高其短期和中期穩定性.兩個重要因素是電路板布局和氣流.
印刷電路板布局考慮因素
應用標準RF實踐,保持軌道短路并將振蕩器放置在定時電路附近.使用規范中詳述的推薦焊盤布局.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)不應在任何層中的OCXO下面使用.出于同樣的原因,不要在OCXO區域下面布置任何軌道.建議將這個超出振蕩器尺寸的禁區擴寬至少相當于所用板厚的數量.例如.如果在2mm厚的多層板上使用尺寸為9.7x7.5mm的振蕩器,則軌道和平面禁區應至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤的軌道應具有小于1mm的寬度,以避免從OCXO傳導熱量,并且不應連接到禁區內的任何層.為了進一步減少OCXO和電路板之間的熱傳遞,建議在OCXO貼片晶振周圍的電路板上切割1-2mm寬的插槽.如果無法實施這些建議,請聯系Rakon討論潛在的替代解決方案.
氣流考慮因素
為了滿足規范要求,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械部件來局部地屏蔽振蕩器.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圍留出至少幾毫米的氣隙.下圖顯示了關閉和間歇時氣流(1m/s)的影響.圖2顯示了沒有屏蔽的Mercury性能,圖3顯示了帶有拔模蓋的同一設備.
回流焊接
如果溫度曲線與恒溫晶體振蕩器規格中包含的溫度曲線兼容,則這些器件適用于采用無鉛工藝的回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清潔后可能會殘留清潔液.我們不建議清潔本產品,因為殘留的水分和/或殘留物可能會降低性能.ROM1490xx是一種密封產品,可以清洗.
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