Oszcillátorok kis cellás alkalmazásokhoz

Waldorf Rocket - DEMO Improvization (Július 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

A kis cellák mobiltelefonos kommunikációban való használata ma már elterjedt, és a legjobb teljesítményt, hatékonyságot és költségeket igénylő oszcillátor megoldásokat igényel

Az IC technológia továbbfejlesztése mind a kemencésített (sütővezérlésű) kristály oszcillátorokban (OCXO), mind a hőmérséklet-kompenzált, feszültségvezérelt kristály oszcillátorok (TCVCXO) javítását eredményezte, amelyek elhomályosították a korábbi különbségeket. Ahogy a technológia javult, az oszcillátorok mindkét típusának működése megnehezítette számos tervező számára, hogy meghatározhassa, mely technológia alkalmas egy adott alkalmazásnak. A TCVCXO technológiát olyan pontig fejlesztették ki, ahol olyan alkalmazások megvalósíthatók, ahol csak az OCXO-k voltak opciók.

Ez a cikk a tervező számára a jelenlegi TCVCXO technológia továbbfejlesztett teljesítményjellemzőire vonatkozó információkat nyújt, és röviden össze tudja hasonlítani ezt a teljesítményt az OCXO technológiával. Az itt bemutatott adatok a kereskedelemben kapható, "off-shelf" OCXO-kból és kis cellás minőségű TCVCXO-ból származnak. A pontos számok különböznek a gyártók között, de az általános tendenciáknak és a hozzávetőleges nagyságrendeknek hasonlónak kell lenniük.

TCVCXO technológia

A TCVCXO egy feszültség vezérlésű kristály oszcillátor, amely a feszültségvezérlő csaphoz alkalmazott korrekciós feszültséggel rendelkezik. Ez a korrekció vagy kompenzáció, a feszültség változik a hőmérsékleten, hogy a frekvencia visszaálljon névleges értékre. Ez az alkalmazás a kristályt a specifikáció teljes frekvenciatartományán keresztül gyakorolja. Mindazonáltal a kristályokkal kapcsolatos kérdések (például a kapcsolt módok) nem korrigálhatók, és a kapott frekvencia-hőmérsékleti görbe fölé kerülnek; ez teszi a kristály tervezését és gyártását a TCVCXO nehéz és kritikus részévé.

A TCVCXO-k többsége feszültség-vezérlési funkciót igényel, amely lehetővé teszi a frekvencia pontos beállítását, a hosszú távú öregedéshez való alkalmazkodást és az eszköz fázist más forrásokhoz. Ez a TCVCXO funkció a kristályhoz tartozó terhelési kapacitás beállításával működik. A legtöbb kis cellás követelmény tartalmaz egy feszültség-vezérlési lehetőséget.

Az Exact TCVCXO specifikáció a gyártótól függ. Általánosságban a kis celláknak ± 0, 1 ppm stabilitást kell biztosítaniuk egy meghatározott hőmérsékleti tartományban: az egyik gyakoribb specifikáció 0 és 80 ° C között van, ± 5 ppm a feszültségellenőrzési funkcióval szemben. Az elmúlt néhány évben csak a kristálytechnika fejlődött ahhoz a pontig, ahol a kristályok megbízhatóan kompenzálhatók ezen a szinten. Számos technikai kérdés merül fel ezeknek a kristályoknak a gyártásában. A TCVCXO kristályainak a perturbációtól mentesnek kell lenniük, nagyon alacsony öregedési jellemzőkkel, valamint rendkívül alacsony hiszterézis-jellemzőkkel.

A mai kisvérű TCVCXO frekvencia-hőmérséklete és hiszterézise ( 1. ábra ) olyan teljesítményszintet biztosít, amelyet az OCXO birodalmába már régóta átruháztak. A továbbfejlesztett félvezetők és az optimális kristálytervezési és gyártási folyamatok lehetővé teszik a TCVCXO-k versenyképességét a ± 0, 1 ppm stabilitás területén. A sodródás és a hosszú távú öregedési jellemzők gyakoriságának beállításához szükséges korrekciós feszültséget rendszerint az NTP, PTP (IEEE-1588) végrehajtása hozza létre. A TCVCXO-k nagyon alacsony az öregedési ráta és nagyon vonalas jellemzők a vezérlőfeszültség függvényében.

1. ábra: Az itt bemutatott frekvencia-hőmérséklet és hiszterézis jellemzője a mai kiscellás minőségű TCVCXO-nál csak az OCXO-val volt lehetséges.

Nem csak a pontos kompenzáció, az alacsony hiszterézis és az alacsony öregedési arány teszi a TCVCXO-kat kivételes megoldássá kis cellás alkalmazásokhoz, de alacsony energiafogyasztást is biztosít. Ehhez az alkalmazáshoz a TCVCXO-k körülbelül 2 mA-t használnak, míg az OCXO körülbelül 100 mA-t igényel. Méretük, teljesítményigényük és felmelegedési idejük miatt a hagyományos OCXO-kat jelentős hátrányban tartják az alkalmazáshoz tervezett TCVCXO-khoz képest.

OCXO technológia

A fagyasztott kristály oszcillátorokat tipikusan nagy pontosságú frekvenciavezérlő alkalmazásokhoz használják. Ez a megközelítés felmelegíti a kristályt és a hozzá tartozó oszcillátor áramkört a kristály felső fordulópontjához ( 2 .

2. ábra: Az itt bemutatott OCXO felső fordulópontja az OCXO alkalmazásban van.

Az ilyen oszcillátorok kristályait úgy állítják elő, hogy a felső fordulópont a legmagasabb meghatározott hőmérsékleti tartomány felett legyen. A kristályt és a hozzá tartozó áramkört felmelegítik és egy keskeny hőmérsékletű ablakot tartanak a kristálynak ezen a pontján, és a készüléket ezen a hőmérsékleten frekvencián hangolják.

Az OCXO előnye, hogy csak a nagyon keskeny hőmérsékletű ablakot használja, jellemzően néhány fokkal vagy annál kisebb mértékben. Ez nagymértékben csökkenti a kristályban a nem kívánatos módok izgalmas esélyeit. Ezzel ellentétben a TCVCXO elektromosan kompenzálja a kristály jellemzőjét. Ez nagy hangsúlyt fektet a felhasznált kristályok minőségére.

Az 1. táblázat felvázolja az OCXO és a TCVCXO termékek közötti különbségeket. Általánosságban elmondható, hogy a TCVCXO-k előnyösek, ha a méret és a teljesítmény kritikus fontosságú az alkalmazás számára. Az OCXO-k történelmileg előnyt élveztek, mivel a feszültség-vezérlő funkcióknak a maximális vagy a minimális értékre történő változtatásakor kisebb a stabilitás változása. Azonban a kis cellás alkalmazásokhoz használt félvezetőknek kompenzációs áramkörük van ennek a funkciónak; a jobb teljesítmény a TCVCXO-kat rendkívül versenyképessé teszi az OCXO technológiákkal.

1. táblázat: OCXO és TCVCXO jellemzők összehasonlítása kissejtes alkalmazásokra

DAVE KENNY, kutatási és fejlesztési alelnök, Pletronics, www.pletronics.com