MTI-MillirenTechnologies,Inc.作為銣振蕩器的替代品而設計和開發(fā)的10,0005MHz260系列振蕩器樣品的統(tǒng)計結(jié)果證實了這種超穩(wěn)定恒溫式石英晶體振蕩器的成功大批量生產(chǎn).將給出各種性能參數(shù)的結(jié)果,包括熱穩(wěn)定性,老化,相位噪聲和短期穩(wěn)定性.

導言

本文是頻率控制研討會上提出的“一種在許多方面與銣振蕩器性能相當?shù)母呔仁⒄袷幤?rdquo;的補充.自推出以來,260系列振蕩器已發(fā)展成熟,大批量生產(chǎn)司空見慣.MTI-Milliren晶振振蕩器采用50.8mmx50.8mmx30.1mm封裝,旨在滿足許多定制規(guī)格.由于每個需求的性能規(guī)格不同,因此提供的數(shù)據(jù)必要時,將其歸一化,以便對所獲得的結(jié)果提供更有意義的見解.提交的數(shù)據(jù)由制造部積累并存儲在電子數(shù)據(jù)庫中.

表1

試驗準則和靜態(tài)結(jié)果

制造環(huán)境中的測試標準

是為了滿足客戶的規(guī)格.一旦達到規(guī)格要求,就不需要進一步測試來改善OSC晶振振蕩器的性能,因為這只會增加產(chǎn)品的制造成本.這種生產(chǎn)環(huán)境的偽像在熱穩(wěn)定性和老化測量結(jié)果中最為顯著,其中大部分分布存在于產(chǎn)品規(guī)格極限處.

為了實現(xiàn)精確測量,高性能HP銫時鐘用作所有測試系統(tǒng)的頻率基準.為了確保在大規(guī)模生產(chǎn)中收集的數(shù)據(jù)的完整性,在開發(fā)測試設備和測量方法時給予了大量的設計考慮.

熱穩(wěn)定性

圖1

圖2

圖1,圖2和圖3顯示了三組260系列振蕩器在不同規(guī)格下的熱穩(wěn)定性系數(shù).圖1顯示了在75°C的環(huán)境溫度范圍內(nèi)按2E-10規(guī)格進行測試的組的結(jié)果.該組器件的平均性能為2.2E-12/°C.第二組在90°C范圍內(nèi)測試2E-10,平均值為2.1E-12/°C,如圖2所示.第三組,如圖3所示,包括針對特定2E-10在100°C環(huán)境下的工作情況溫度范圍.這一組的平均成績是1.6E-10.

圖3

老化

在裝運前,大約每兩小時收集一次所有單元的老化數(shù)據(jù),為期至少5天.利用對數(shù)型方程對數(shù)據(jù)進行曲線擬合,確定日老化斜率.

圖4

圖5

設備通常在達到老化速率規(guī)格后立即發(fā)貨,對于大多數(shù)測試石英晶振產(chǎn)品,老化速率規(guī)格為5e-11/天.這在圖4所示的老化分布圖中進行了描述.圖5顯示了實現(xiàn)所需規(guī)格所需的天數(shù).但是,生產(chǎn)超支可能會在老化系統(tǒng)上持續(xù)很長一段時間.

輸出電平和諧波

圖6

圖7

電路中的元件參數(shù)分布,并且不是受生產(chǎn)過程中所做的任何調(diào)整影響的測量結(jié)果,因此該性能參數(shù)的結(jié)果類似于鐘形曲線DIS貢品.(圖6和后面的圖11所示數(shù)據(jù)中的間隙不是真實的,而是直方圖生成例程的異常.)

相位噪聲,L(f)

圖8,9和10分別顯示了1Hz,100Hz和100kHz晶振失調(diào)下的相位噪聲性能.測量使用HP3048相位噪聲系統(tǒng).所示數(shù)據(jù)反映了儀器記錄的相同噪聲源校正結(jié)果.失調(diào)為1Hz時,平均性能為–113dBc/Hz.

圖8

圖9

圖8中的數(shù)據(jù)既是對石英噪聲性能的研究,也是對測試數(shù)據(jù)的解釋.數(shù)據(jù)表明峰值位于-108,-110,-113,-115和-118dBc/Hz.這很可能是由于測量結(jié)果的圖形輸出顯示在5dB網(wǎng)格上,標記每增加2.5dB.HP3048進行的100kHz偏移相位噪聲測量包含更多數(shù)據(jù)點.因此,數(shù)據(jù)具有更大的統(tǒng)計確定性,從而導致更平滑更容易解釋的情節(jié).此外,控制100kHz失調(diào)性能的電路元件中的噪聲方差遠小于貼片晶振噪聲方差.結(jié)果,曲線圖顯示了記錄的測試結(jié)果中的較小的方差和典型的鐘形曲線分布.

圖10

短期穩(wěn)定性

利用HP3048系統(tǒng)軟件從相位噪聲測量中推導出了系統(tǒng)的短期穩(wěn)定性.性能分布如圖11所示.平均短期穩(wěn)定性為1.1e-12在1秒.

圖11

連續(xù)功率

連續(xù)功率取決于恒溫晶振的工作溫度和環(huán)境溫度.260系列產(chǎn)品的連續(xù)功率分配如圖12所示.室溫下測得的平均連續(xù)功率為2.7W.通過電路設計考慮和減小封裝尺寸,可以實現(xiàn)低功耗.

圖12

調(diào)諧系數(shù)

圖13顯示了振蕩器調(diào)諧系數(shù)的歸一化分布.圖中所示的兩種分布主要是由于產(chǎn)品中使用了兩種不同類型的調(diào)諧網(wǎng)絡.所有單元的調(diào)諧電壓范圍為0～6V,斜率均為負值.

圖13

摘要

表1匯總了所測各種性能參數(shù)的測試數(shù)據(jù).所提供的數(shù)據(jù)驗證了所使用的設計,制造和測試方法,確保了超穩(wěn)定260系列石英晶體振蕩器在大批量生產(chǎn)中的可預測性和可重復性.