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境中的設備所需的穩健性.
TCXO和OCXO用于需要高穩定性頻率參考的蜂窩基站等應用.由于可能存在冷卻系統故障,因此在此類事件中使用能夠承受高溫并保持系統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,當無線基礎設施發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生故障.由于存在這種風險,因此了解關鍵組件(例如為系統提供心跳的振蕩器)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級TCXO器件在+85°C至+125°C的頻率穩定性.基于MEMS的SiT5356 Elite Platform™Super-TCXO幾乎沒有降級.相比之下,石英晶振TCXO的穩定性降低到數萬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定性是有源晶振振蕩器的關鍵性能規范.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的系統中,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級OCXO器件的性能,從+85°C到+125°C.石英器件的穩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可保持穩定性.
下面,我們表明ΔF/Δ?相同的從85四個工業級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可保持額定穩定性,最高可達+105°C,斜率小于0.5ppb/°C.

當需要精確的穩定性時-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定性.高溫和高溫變化是造成振蕩器不穩定的主要原因.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境中,系統機箱中的環境溫度會迅速升高.例如,電信和網絡設備在密集的熱環境中運行.這些系統中的許多系統使用主動冷卻-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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