獨(dú)家分享Rakon開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)微型OCXO晶振應(yīng)用準(zhǔn)則
來(lái)源：http://www.djbyg.com 作者：金洛鑫電子 2019年12月31
獨(dú)家分享Rakon開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)微型OCXO晶振應(yīng)用準(zhǔn)則
高端基準(zhǔn)時(shí)鐘設(shè)置系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備里,極其重要的組成部分,普通的時(shí)鐘只需要使用一顆32.768K晶振就可以支持,但是網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘系統(tǒng)的要求非常高,至少都要采用振蕩器級(jí)別以上的,其中最常用的振蕩器類型是OCXO晶振.來(lái)自美國(guó)的Rakon Limited公司是知名的晶體/振蕩器制造品牌,研發(fā)了多款特殊的恒溫晶體振蕩器產(chǎn)品,并提供給網(wǎng)絡(luò),通訊,無(wú)線,物聯(lián)網(wǎng),醫(yī)療,汽車等幾十種行業(yè).可以說(shuō)在晶振行業(yè)里,Rakon有著絕對(duì)的發(fā)言權(quán),本文的主要目的,是為了給大家講解Rakon公司專門開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)微型Mercury™/Mercury+™恒溫晶振的使用準(zhǔn)則.
在OCXO中,通過(guò)將整個(gè)振蕩器封閉在保持恒定高溫的"烤箱"內(nèi),實(shí)際上消除了環(huán)境溫度的影響.由于傳統(tǒng)的OCXO石英晶體振蕩器往往體積龐大且耗電,因此Rakon開(kāi)發(fā)了Mercury™/Mercury+™系列微型OCXO.在Mercury™/Mercury+™OCXO中,微型烤箱將晶體振蕩器保持在略高于指定工作溫度范圍的恒定溫度下,例如,對(duì)于工作溫度范圍為-40℃至+85的設(shè)備,其溫度約為~92℃.
每個(gè)設(shè)備都在溫度室內(nèi)的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試.數(shù)據(jù)表中指定的工作溫度是OCXO附近空氣的溫度.請(qǐng)注意,OCXO附近的熱源可能會(huì)使電路板溫度升高到空氣溫度之上.如果由于客戶模塊內(nèi)部的對(duì)流加熱而使OCXO的內(nèi)部溫度升高到其指定的最高工作溫度以上,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.
重要的是要認(rèn)識(shí)到熱量是賦予OCXO穩(wěn)定性的因素,盡管通常在電子組件中熱量被認(rèn)為是有害的副產(chǎn)品.如果電路板溫度保持在最高工作溫度以下,則無(wú)需冷卻設(shè)備-實(shí)際上,冷卻可能會(huì)對(duì)OCXO石英晶體振蕩器的短期和中期穩(wěn)定性造成不利影響.
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.圖1顯示了這種穩(wěn)壓器(Linear Technology的LT1763系列)的示例.
.jpg "獨(dú)家分享Rakon開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)微型OCXO晶振應(yīng)用準(zhǔn)則")
圖低噪聲穩(wěn)壓器
本地電源的尺寸必須能夠處理OCXO的預(yù)熱電流,OCXO的預(yù)熱功率已編程為限制為某個(gè)值.下表列出了標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)熱和穩(wěn)態(tài)功耗限制.
還建議使用靠近器件的10µF電容去耦OCXO的電源.
電壓控制:
如果已指定電壓控制,則重要的是要意識(shí)到典型的增益?zhèn)鬟f(Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的頻率誤差.流經(jīng)接地線阻抗的高電流將產(chǎn)生誤差電壓,如果將其加到控制電壓中,將導(dǎo)致頻率誤差.因此,控制電壓的接地必須靠近OCXO的接地.建議不要將電壓可控OCXO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.如果不可避免要重復(fù)使用電壓可控部件,則必須按照OCXO晶體振蕩器的詳細(xì)規(guī)格,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:
為了獲得最佳的穩(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)樵撠?fù)載是在生產(chǎn)中校準(zhǔn)設(shè)備時(shí)使用的.根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的輸入所代表的負(fù)載,可能需要添加一個(gè)額外的電容器.例如,如果輸入和走線的總負(fù)載為7pF,標(biāo)稱負(fù)載表示為15pF,則應(yīng)在輸出負(fù)載上添加一個(gè)≈8pF的電容器.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,該設(shè)備無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)50Ω輸入,但需要緩沖(為此目的,Rakon評(píng)估板可以配備緩沖器).
散熱準(zhǔn)則:
在穩(wěn)定狀態(tài)下,OCXO將按照規(guī)范執(zhí)行.在恒定的溫度和氣流條件下,經(jīng)過(guò)"預(yù)熱"期(包括石英晶體振蕩器和安裝振蕩器的電路板)之后,達(dá)到了穩(wěn)態(tài).對(duì)于漂移一致性測(cè)試,建議在開(kāi)始測(cè)量之前為電路板通電至少24小時(shí)(如果部件最近才焊接,則通電48小時(shí)),并將溫度變化保持在±1℃之內(nèi)(除非相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定)).
由于烤箱試圖保持恒定的內(nèi)部溫度,OCXO外部溫度的變化將導(dǎo)致流向加熱器的電流增加或減少.這是一個(gè)臨界阻尼的閉環(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)保持在最低水平.短期溫度波動(dòng)的主要原因是風(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)原因是OCXO附近的電路間歇性地接通.這會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量以擾亂熱平衡.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OCXO石英晶振與環(huán)境熱隔離來(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.
印刷電路板布局注意事項(xiàng):
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的RF做法,使軌道更短并使振蕩器靠近計(jì)時(shí)電路.使用建議的焊盤布局,如規(guī)范中所述.雖然通常使用接地層和電源層是一種好的做法,但是為了避免熱能損失,這些層(銅粉)不得在OCXO的任何層下使用.出于同樣的原因,請(qǐng)勿在OCXO區(qū)域下方布線任何軌道.建議將這個(gè)禁區(qū)擴(kuò)大到超出振蕩器的尺寸至少等于所用電路板的厚度.例如.如果在2mm厚的多層板上使用占地9.7x7.5mm的振蕩器,則跡線和平面的禁區(qū)應(yīng)至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤的走線的寬度應(yīng)小于1mm,以避免熱量從OCXO散發(fā)出去,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與電路板之間的熱傳遞,建議在OCXO周圍的電路板上切出1-2毫米寬的插槽.如果無(wú)法實(shí)施這些建議.
氣流注意事項(xiàng):
為了符合規(guī)格,必須屏蔽OCXO的氣流.將振蕩器放在空氣流量低的地方.可以使用較高的組件或機(jī)械零件來(lái)局部屏蔽振蕩器.如果無(wú)法做到這一點(diǎn)或屏蔽不充分,則可以在OCXO Oscillator上放置塑料或金屬防風(fēng)罩.如果氣流大于0.5m/s,Rakon建議使用這種蓋.建議在振蕩器上方和周圍至少留出幾毫米的空隙.下圖顯示了氣流在關(guān)閉和間歇打開(kāi)時(shí)(以1m/s的速度)的影響.
回流焊:
只要溫度曲線與石英晶體振蕩器規(guī)格中包含的溫度曲線兼容,這些零件就適合采用無(wú)鉛工藝進(jìn)行回流焊接.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是密封產(chǎn)品,可水洗.
如果對(duì)Rakon品牌的OCXO振蕩器有需求,請(qǐng)聯(lián)系金洛鑫電子0755-27837162,我們與Rakon公司有多年合作的關(guān)系,通過(guò)正規(guī)渠道為大家采購(gòu)原廠原裝的正品.
獨(dú)家分享Rakon開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)微型OCXO晶振應(yīng)用準(zhǔn)則
高端基準(zhǔn)時(shí)鐘設(shè)置系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備里,極其重要的組成部分,普通的時(shí)鐘只需要使用一顆32.768K晶振就可以支持,但是網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘系統(tǒng)的要求非常高,至少都要采用振蕩器級(jí)別以上的,其中最常用的振蕩器類型是OCXO晶振.來(lái)自美國(guó)的Rakon Limited公司是知名的晶體/振蕩器制造品牌,研發(fā)了多款特殊的恒溫晶體振蕩器產(chǎn)品,并提供給網(wǎng)絡(luò),通訊,無(wú)線,物聯(lián)網(wǎng),醫(yī)療,汽車等幾十種行業(yè).可以說(shuō)在晶振行業(yè)里,Rakon有著絕對(duì)的發(fā)言權(quán),本文的主要目的,是為了給大家講解Rakon公司專門開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)微型Mercury™/Mercury+™恒溫晶振的使用準(zhǔn)則.
在OCXO中,通過(guò)將整個(gè)振蕩器封閉在保持恒定高溫的"烤箱"內(nèi),實(shí)際上消除了環(huán)境溫度的影響.由于傳統(tǒng)的OCXO石英晶體振蕩器往往體積龐大且耗電,因此Rakon開(kāi)發(fā)了Mercury™/Mercury+™系列微型OCXO.在Mercury™/Mercury+™OCXO中,微型烤箱將晶體振蕩器保持在略高于指定工作溫度范圍的恒定溫度下,例如,對(duì)于工作溫度范圍為-40℃至+85的設(shè)備,其溫度約為~92℃.
每個(gè)設(shè)備都在溫度室內(nèi)的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試.數(shù)據(jù)表中指定的工作溫度是OCXO附近空氣的溫度.請(qǐng)注意,OCXO附近的熱源可能會(huì)使電路板溫度升高到空氣溫度之上.如果由于客戶模塊內(nèi)部的對(duì)流加熱而使OCXO的內(nèi)部溫度升高到其指定的最高工作溫度以上,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.
重要的是要認(rèn)識(shí)到熱量是賦予OCXO穩(wěn)定性的因素,盡管通常在電子組件中熱量被認(rèn)為是有害的副產(chǎn)品.如果電路板溫度保持在最高工作溫度以下,則無(wú)需冷卻設(shè)備-實(shí)際上,冷卻可能會(huì)對(duì)OCXO石英晶體振蕩器的短期和中期穩(wěn)定性造成不利影響.
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.圖1顯示了這種穩(wěn)壓器(Linear Technology的LT1763系列)的示例.
圖低噪聲穩(wěn)壓器
| 功耗 | 熱身 | 25℃時(shí)處于穩(wěn)態(tài) |
| 射頻功率40/射頻功率45、射頻功率50/射頻功率55(-20℃~+70℃) | 最高1000mW(典型800mW) | 最高350mW |
| 射頻功率40/射頻功率45、射頻功率50/射頻功率55(‐40℃~+85℃) | 最高1200mW(典型1000mW) | 最高400mW |
| 只讀存儲(chǔ)器1490xx(40℃~+85℃) | 最高1500mW(典型1200mW) | 最高440mW |
電壓控制:
如果已指定電壓控制,則重要的是要意識(shí)到典型的增益?zhèn)鬟f(Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的頻率誤差.流經(jīng)接地線阻抗的高電流將產(chǎn)生誤差電壓,如果將其加到控制電壓中,將導(dǎo)致頻率誤差.因此,控制電壓的接地必須靠近OCXO的接地.建議不要將電壓可控OCXO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.如果不可避免要重復(fù)使用電壓可控部件,則必須按照OCXO晶體振蕩器的詳細(xì)規(guī)格,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:
為了獲得最佳的穩(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)樵撠?fù)載是在生產(chǎn)中校準(zhǔn)設(shè)備時(shí)使用的.根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的輸入所代表的負(fù)載,可能需要添加一個(gè)額外的電容器.例如,如果輸入和走線的總負(fù)載為7pF,標(biāo)稱負(fù)載表示為15pF,則應(yīng)在輸出負(fù)載上添加一個(gè)≈8pF的電容器.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,該設(shè)備無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)50Ω輸入,但需要緩沖(為此目的,Rakon評(píng)估板可以配備緩沖器).
散熱準(zhǔn)則:
在穩(wěn)定狀態(tài)下,OCXO將按照規(guī)范執(zhí)行.在恒定的溫度和氣流條件下,經(jīng)過(guò)"預(yù)熱"期(包括石英晶體振蕩器和安裝振蕩器的電路板)之后,達(dá)到了穩(wěn)態(tài).對(duì)于漂移一致性測(cè)試,建議在開(kāi)始測(cè)量之前為電路板通電至少24小時(shí)(如果部件最近才焊接,則通電48小時(shí)),并將溫度變化保持在±1℃之內(nèi)(除非相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定)).
由于烤箱試圖保持恒定的內(nèi)部溫度,OCXO外部溫度的變化將導(dǎo)致流向加熱器的電流增加或減少.這是一個(gè)臨界阻尼的閉環(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)保持在最低水平.短期溫度波動(dòng)的主要原因是風(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)原因是OCXO附近的電路間歇性地接通.這會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量以擾亂熱平衡.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OCXO石英晶振與環(huán)境熱隔離來(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.
印刷電路板布局注意事項(xiàng):
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的RF做法,使軌道更短并使振蕩器靠近計(jì)時(shí)電路.使用建議的焊盤布局,如規(guī)范中所述.雖然通常使用接地層和電源層是一種好的做法,但是為了避免熱能損失,這些層(銅粉)不得在OCXO的任何層下使用.出于同樣的原因,請(qǐng)勿在OCXO區(qū)域下方布線任何軌道.建議將這個(gè)禁區(qū)擴(kuò)大到超出振蕩器的尺寸至少等于所用電路板的厚度.例如.如果在2mm厚的多層板上使用占地9.7x7.5mm的振蕩器,則跡線和平面的禁區(qū)應(yīng)至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤的走線的寬度應(yīng)小于1mm,以避免熱量從OCXO散發(fā)出去,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與電路板之間的熱傳遞,建議在OCXO周圍的電路板上切出1-2毫米寬的插槽.如果無(wú)法實(shí)施這些建議.
氣流注意事項(xiàng):
為了符合規(guī)格,必須屏蔽OCXO的氣流.將振蕩器放在空氣流量低的地方.可以使用較高的組件或機(jī)械零件來(lái)局部屏蔽振蕩器.如果無(wú)法做到這一點(diǎn)或屏蔽不充分,則可以在OCXO Oscillator上放置塑料或金屬防風(fēng)罩.如果氣流大于0.5m/s,Rakon建議使用這種蓋.建議在振蕩器上方和周圍至少留出幾毫米的空隙.下圖顯示了氣流在關(guān)閉和間歇打開(kāi)時(shí)(以1m/s的速度)的影響.
回流焊:
只要溫度曲線與石英晶體振蕩器規(guī)格中包含的溫度曲線兼容,這些零件就適合采用無(wú)鉛工藝進(jìn)行回流焊接.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是密封產(chǎn)品,可水洗.
如果對(duì)Rakon品牌的OCXO振蕩器有需求,請(qǐng)聯(lián)系金洛鑫電子0755-27837162,我們與Rakon公司有多年合作的關(guān)系,通過(guò)正規(guī)渠道為大家采購(gòu)原廠原裝的正品.
獨(dú)家分享Rakon開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)微型OCXO晶振應(yīng)用準(zhǔn)則
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