由于5G基礎設施部署在密度較大且控制較少的位置,因此在高溫和其他惡劣條件下的恢復能力在下一代通信系統(tǒng)中變得越來越重要.由于振蕩器在高溫下"保持涼爽",SiTime晶振的定時技術可提供安裝在惡劣環(huán)境中的設備所需的穩(wěn)健性.
TCXO和OCXO用于需要高穩(wěn)定性頻率參考的蜂窩基站等應用.由于可能存在冷卻系統(tǒng)故障,因此在此類事件中使用能夠承受高溫并保持系統(tǒng)功能的定時解決方案非常重要.除了持久的故障條件外,OCXO和TCXO的擴展溫度操作可以使系統(tǒng)更加強大和可靠,或根本不需要冷卻風扇.
想象一下,在一個只有一個蜂窩塔的偏遠地區(qū),當無線基礎設施發(fā)生故障時需要撥打緊急電話!失敗可能是由同步和定時問題引起的,因為每個新一代無線通信的時序要求都會受到更大的壓力.

與主機系統(tǒng)中的電子組件相比,具有較低MTBF的這些冷卻風扇仍然不是故障安全的并且可能由于多種原因而發(fā)生故障.由于存在這種風險,因此了解關鍵組件(例如為系統(tǒng)提供心跳的振蕩器)在故障條件下的行為方式非常重要.
推動極限
為此,我們推動了各種振蕩器的極限,測量超出額定工作范圍的穩(wěn)定性.我們測試了額定溫度為+85°C的溫補晶振器件并將其推至+125°C,并測試了額定溫度為+85°C,最高溫度為+105°C的OCXO.以下圖表顯示了在這些較高溫度下性能下降的結果.在每次測試中,我們將SiTimeMEMS振蕩器(用綠線表示)與來自不同供應商的石英振蕩器進行比較,所有這些都在同一類別中且具有相同的溫度額定值.為了使比較更容易,每個器件的值在+85°C時從它們的頻率開始,從同一點開始.

上圖顯示了五個工業(yè)級TCXO器件在+85°C至+125°C的頻率穩(wěn)定性.基于MEMS的SiT5356 Elite Platform™Super-TCXO幾乎沒有降級.相比之下,石英晶振TCXO的穩(wěn)定性降低到數(shù)萬ppb范圍.
由于石英振蕩器中的頻率偏移非常極端,我們在上面的垂直y軸上顯示出非常寬的偏移范圍.在下圖中,我們放大顯示相同的測試,但在y軸上具有不同的比例,以更好地顯示石英基器件的穩(wěn)定性如何在額定溫度范圍之外快速降低.

如上所示,通過以ppb(十億分之一)為單位的偏移來測量的頻率穩(wěn)定性是有源晶振振蕩器的關鍵性能規(guī)范.精密振蕩器的另一個重要指標是頻率與溫度斜率(ΔF/ΔT).在需要使用IEEE1588進行時間和頻率傳輸?shù)南到y(tǒng)中,更好的ΔF/ΔT有助于改善時間誤差.
下圖顯示了相同的五個工業(yè)級TCXO器件的+85°C至+125°C的斜率(ΔF/ΔT).這些值再次被稱為+85°C時的頻率偏移.同樣,石英基器件的穩(wěn)定性在額定溫度之外迅速降低.的頻率變化增大從10ppb的/速率°Ç85之間°C和95°C到近3000ppb的/°下在125°下與此相反,基于MEMS的SiT5356示出了斜率這是優(yōu)于2PPB/°C到105°C和增加到剛剛8ppb的/°下以125°C.從+85°C到125°C的總頻率變化僅為50ppb.

我們在測試OCXO晶振設備時會看到類似的行為,如下圖所示.在這里,我們比較了四個工業(yè)級OCXO器件的性能,從+85°C到+125°C.石英器件的穩(wěn)定性在溫度超過額定溫度范圍后開始降低,而基于MEMS的SiT5711EmeraldPlatform™OCXO可保持穩(wěn)定性.
下面,我們表明ΔF/Δ?相同的從85四個工業(yè)級OCXO設備°C到125°C的頻率斜率的石英器件的劣化達到30ppb的/°C.相反,MEMS振蕩器的基于SiT5711的OCXO可保持額定穩(wěn)定性,最高可達+105°C,斜率小于0.5ppb/°C.

當需要精確的穩(wěn)定性時-就像無線基礎設施設備一樣-設計人員經常轉向溫補晶振和OCXO(烤箱控制振蕩器**).這些振蕩器設計用于在溫度變化時提供更好的頻率穩(wěn)定性.高溫和高溫變化是造成振蕩器不穩(wěn)定的主要原因.然而,TCXO和OCXO很難在額定工作溫度高于+85°C時找到,通常被認為是工業(yè)應用的上限.

85°C可能看起來很高,但在當今更密集的操作環(huán)境中,系統(tǒng)機箱中的環(huán)境溫度會迅速升高.例如,電信和網(wǎng)絡設備在密集的熱環(huán)境中運行.這些系統(tǒng)中的許多系統(tǒng)使用主動冷卻-無刷直流風扇,這是最常用的-將溫度保持在規(guī)定的工作范圍內.

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溫補晶振如何在額定溫度范圍之外快速降低

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