溫度補(bǔ)償振蕩器(TCXOs)用于通常要求頻率穩(wěn)定性為5ppm或更高的系統(tǒng)中的頻率基準(zhǔn).一般來(lái)說(shuō),這些系統(tǒng)的頻率精度必須保持在一個(gè)時(shí)序預(yù)算內(nèi),該預(yù)算考慮到所有因素導(dǎo)致的TCXO晶振頻率漂移,包括整個(gè)系統(tǒng)工作壽命期間的工作溫度,電源電壓,輸出負(fù)載和老化.業(yè)界通常定義一組頻率穩(wěn)定性參數(shù),以量化環(huán)境因素和電路條件對(duì)基準(zhǔn)振蕩器的影響.本文件解釋了SiTime TCXO數(shù)據(jù)表中的頻率穩(wěn)定性規(guī)格,以及如何計(jì)算頻率精度限值.

溫度穩(wěn)定性和頻率精度

SiTime TCXO數(shù)據(jù)手冊(cè)包括以下頻率穩(wěn)定性規(guī)格:初始容差(F_init)是室溫(例如25±3℃)下與標(biāo)稱(chēng)頻率的頻率偏差.它是在典型電源電壓和輸出負(fù)載條件下測(cè)量的,器件安裝在印刷電路板上.初始容差的主要成分是SiTime工廠溫度校準(zhǔn)后的殘留頻率誤差和印刷電路板焊接引起的頻率偏移.

通過(guò)在印刷電路板回流組裝過(guò)程后使用電壓控制TCXO(VC-TCXO晶振)和頻率校準(zhǔn),可以將初始容差對(duì)系統(tǒng)時(shí)序預(yù)算的影響降至最低.

溫度穩(wěn)定性(F_stab)表征環(huán)境溫度變化引起的頻率漂移,并指定為整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)峰峰值頻率偏差的一半.

電源電壓穩(wěn)定性(F_vdd)規(guī)定了電源電壓變化引起的頻移,對(duì)于2.5V至3.3VVDD,頻移在±10%以?xún)?nèi),對(duì)于1.8VVDD,頻移在±5%以?xún)?nèi).

輸出負(fù)載穩(wěn)定性(F_load)規(guī)定了輸出引腳上負(fù)載電容差異引起的頻率偏移,LVCMOS輸出振蕩器最高可達(dá)15pF.

總頻率精度(F_total)計(jì)算為上述所有參數(shù)的總和.例如,溫度穩(wěn)定性為2.5ppm的SiT5000VCTCXO的總頻率精度為:F_total=F_init+F_stab+F_vdd+F_load=1+2.5+0.05+0.1=3.65ppm.

通過(guò)使用VC-TCXO振蕩器選項(xiàng),可以通過(guò)系統(tǒng)校準(zhǔn)降低初始容差,從而獲得更高的總頻率精度:F_total=F_stab+F_vdd+F_load=2.5+0.05+0.1=2.65ppm

在使用TXCO的應(yīng)用中,溫度穩(wěn)定性通常是頻率誤差的主要來(lái)源.與室溫下的頻率偏移不同,使用簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)方案無(wú)法消除溫度漂移.

老化和頻率精度

即使在恒定的工作條件下,由于器件內(nèi)部的變化,TCXO頻率也會(huì)隨時(shí)間推移而變化.系統(tǒng)預(yù)算中需要一個(gè)隨時(shí)間推移的頻率偏移的附加參數(shù).最常用的參數(shù)是第一年老化和10年老化.

第一年老化規(guī)定了在恒定有源晶振電源電壓和工作溫度(通常為25℃)下連續(xù)工作一年后,相對(duì)于初始頻率的頻移極限

10年老化規(guī)定了在恒定運(yùn)行條件下連續(xù)運(yùn)行10年后,相對(duì)于初始頻率的頻移極限.10年老化規(guī)范是從9至18個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)一組具有統(tǒng)計(jì)意義的樣本進(jìn)行的頻率測(cè)量中推斷出來(lái)的數(shù)字.

計(jì)算包括1年或10年老化的總頻率精度:總頻率=初始頻率+穩(wěn)定頻率+直流頻率+負(fù)載頻率+老化頻率.

例如,SiT50002.5ppmVCTCXO的第一年老化為1.5ppm.然后,總頻率精度可以計(jì)算為:F_total=F_init+F_stab+F_vdd+F_load_F_ageing=1+2.5+0.05+0.1+1.5=5.15ppm.同一VCTCXO的10年老化為3.5ppm,這導(dǎo)致10年內(nèi)總頻率精度為7.15ppm.

對(duì)TCXO晶振器件和系統(tǒng)校準(zhǔn)使用相同的電壓調(diào)諧選項(xiàng)可以在頻率精度預(yù)算中實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的限制.例如,移除印刷電路板組裝后的初始公差,并在產(chǎn)品壽命期間定期校正老化相關(guān)的頻移,將提高精度.