獨家分享Rakon開發網絡基準時鐘系統微型OCXO晶振應用準則
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年12月31
獨家分享Rakon開發網絡基準時鐘系統微型OCXO晶振應用準則
高端基準時鐘設置系統是網絡設備里,極其重要的組成部分,普通的時鐘只需要使用一顆32.768K晶振就可以支持,但是網絡時鐘系統的要求非常高,至少都要采用振蕩器級別以上的,其中最常用的振蕩器類型是OCXO晶振.來自美國的Rakon Limited公司是知名的晶體/振蕩器制造品牌,研發了多款特殊的恒溫晶體振蕩器產品,并提供給網絡,通訊,無線,物聯網,醫療,汽車等幾十種行業.可以說在晶振行業里,Rakon有著絕對的發言權,本文的主要目的,是為了給大家講解Rakon公司專門開發的網絡微型Mercury™/Mercury+™恒溫晶振的使用準則.
在OCXO中,通過將整個振蕩器封閉在保持恒定高溫的"烤箱"內,實際上消除了環境溫度的影響.由于傳統的OCXO石英晶體振蕩器往往體積龐大且耗電,因此Rakon開發了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,對于工作溫度范圍為-40℃至+85的設備,其溫度約為~92℃.
每個設備都在溫度室內的整個工作溫度范圍內進行測試.數據表中指定的工作溫度是OCXO附近空氣的溫度.請注意,OCXO附近的熱源可能會使電路板溫度升高到空氣溫度之上.如果由于客戶模塊內部的對流加熱而使OCXO的內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,也會發生這種情況.
重要的是要認識到熱量是賦予OCXO穩定性的因素,盡管通常在電子組件中熱量被認為是有害的副產品.如果電路板溫度保持在最高工作溫度以下,則無需冷卻設備-實際上,冷卻可能會對OCXO石英晶體振蕩器的短期和中期穩定性造成不利影響.
電源注意事項:
建議使用本地低噪聲電源穩壓器將OCXO與外部電源噪聲源隔離.圖1顯示了這種穩壓器(Linear Technology的LT1763系列)的示例.
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圖低噪聲穩壓器
本地電源的尺寸必須能夠處理OCXO的預熱電流,OCXO的預熱功率已編程為限制為某個值.下表列出了標準的預熱和穩態功耗限制.
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,則重要的是要意識到典型的增益傳遞(Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能會導致相當大的頻率誤差.流經接地線阻抗的高電流將產生誤差電壓,如果將其加到控制電壓中,將導致頻率誤差.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的應用.Rakon可以提供專用的固定頻率OCXO.如果不可避免要重復使用電壓可控部件,則必須按照OCXO晶體振蕩器的詳細規格,將控制電壓(Vc)引腳連接到正確的標稱控制電壓.
輸出負載:
為了獲得最佳的穩定性,建議按照詳細規范中所述的額定負載加載輸出,因為該負載是在生產中校準設備時使用的.根據所驅動的輸入所代表的負載,可能需要添加一個額外的電容器.例如,如果輸入和走線的總負載為7pF,標稱負載表示為15pF,則應在輸出負載上添加一個≈8pF的電容器.如果負載超過額定負載(超過5pF),建議使用扇出緩沖器.在測試OCXO時,請注意,該設備無法直接驅動50Ω輸入,但需要緩沖(為此目的,Rakon評估板可以配備緩沖器).
散熱準則:
在穩定狀態下,OCXO將按照規范執行.在恒定的溫度和氣流條件下,經過"預熱"期(包括石英晶體振蕩器和安裝振蕩器的電路板)之后,達到了穩態.對于漂移一致性測試,建議在開始測量之前為電路板通電至少24小時(如果部件最近才焊接,則通電48小時),并將溫度變化保持在±1℃之內(除非相關標準另有規定)).
由于烤箱試圖保持恒定的內部溫度,OCXO外部溫度的變化將導致流向加熱器的電流增加或減少.這是一個臨界阻尼的閉環系統,其響應將滯后于外部刺激,導致相位和頻率變化(即頻率漂移).因此,最好將外部溫度波動保持在最低水平.短期溫度波動的主要原因是風扇以不同的速度運行或間歇使用時,氣流量的變化.溫度變化的另一個原因是OCXO附近的電路間歇性地接通.這會產生足夠的熱量以擾亂熱平衡.最好使這種電路遠離振蕩器.由于不需要冷卻OCXO,因此可以通過將OCXO石英晶振與環境熱隔離來大大提高其短期和中期穩定性.兩個重要因素是電路板布局和氣流.
印刷電路板布局注意事項:
應用標準的RF做法,使軌道更短并使振蕩器靠近計時電路.使用建議的焊盤布局,如規范中所述.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,請勿在OCXO區域下方布線任何軌道.建議將這個禁區擴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應至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤的走線的寬度應小于1mm,以避免熱量從OCXO散發出去,并且不應連接到禁區內的任何層.為了進一步減少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.如果無法實施這些建議.
氣流注意事項:
為了符合規格,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械零件來局部屏蔽振蕩器.如果無法做到這一點或屏蔽不充分,則可以在OCXO Oscillator上放置塑料或金屬防風罩.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閉和間歇打開時(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格中包含的溫度曲線兼容,這些零件就適合采用無鉛工藝進行回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清潔后可能會殘留清潔液.我們不建議清潔本產品,因為殘留的水分和/或殘留物可能會降低性能.ROM1490xx是密封產品,可水洗.
如果對Rakon品牌的OCXO振蕩器有需求,請聯系金洛鑫電子0755-27837162,我們與Rakon公司有多年合作的關系,通過正規渠道為大家采購原廠原裝的正品.
獨家分享Rakon開發網絡基準時鐘系統微型OCXO晶振應用準則
高端基準時鐘設置系統是網絡設備里,極其重要的組成部分,普通的時鐘只需要使用一顆32.768K晶振就可以支持,但是網絡時鐘系統的要求非常高,至少都要采用振蕩器級別以上的,其中最常用的振蕩器類型是OCXO晶振.來自美國的Rakon Limited公司是知名的晶體/振蕩器制造品牌,研發了多款特殊的恒溫晶體振蕩器產品,并提供給網絡,通訊,無線,物聯網,醫療,汽車等幾十種行業.可以說在晶振行業里,Rakon有著絕對的發言權,本文的主要目的,是為了給大家講解Rakon公司專門開發的網絡微型Mercury™/Mercury+™恒溫晶振的使用準則.
在OCXO中,通過將整個振蕩器封閉在保持恒定高溫的"烤箱"內,實際上消除了環境溫度的影響.由于傳統的OCXO石英晶體振蕩器往往體積龐大且耗電,因此Rakon開發了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,對于工作溫度范圍為-40℃至+85的設備,其溫度約為~92℃.
每個設備都在溫度室內的整個工作溫度范圍內進行測試.數據表中指定的工作溫度是OCXO附近空氣的溫度.請注意,OCXO附近的熱源可能會使電路板溫度升高到空氣溫度之上.如果由于客戶模塊內部的對流加熱而使OCXO的內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,也會發生這種情況.
重要的是要認識到熱量是賦予OCXO穩定性的因素,盡管通常在電子組件中熱量被認為是有害的副產品.如果電路板溫度保持在最高工作溫度以下,則無需冷卻設備-實際上,冷卻可能會對OCXO石英晶體振蕩器的短期和中期穩定性造成不利影響.
電源注意事項:
建議使用本地低噪聲電源穩壓器將OCXO與外部電源噪聲源隔離.圖1顯示了這種穩壓器(Linear Technology的LT1763系列)的示例.
圖低噪聲穩壓器
| 功耗 | 熱身 | 25℃時處于穩態 |
| 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,則重要的是要意識到典型的增益傳遞(Kv)為+8ppm/V.控制電壓的小誤差可能會導致相當大的頻率誤差.流經接地線阻抗的高電流將產生誤差電壓,如果將其加到控制電壓中,將導致頻率誤差.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的應用.Rakon可以提供專用的固定頻率OCXO.如果不可避免要重復使用電壓可控部件,則必須按照OCXO晶體振蕩器的詳細規格,將控制電壓(Vc)引腳連接到正確的標稱控制電壓.
輸出負載:
為了獲得最佳的穩定性,建議按照詳細規范中所述的額定負載加載輸出,因為該負載是在生產中校準設備時使用的.根據所驅動的輸入所代表的負載,可能需要添加一個額外的電容器.例如,如果輸入和走線的總負載為7pF,標稱負載表示為15pF,則應在輸出負載上添加一個≈8pF的電容器.如果負載超過額定負載(超過5pF),建議使用扇出緩沖器.在測試OCXO時,請注意,該設備無法直接驅動50Ω輸入,但需要緩沖(為此目的,Rakon評估板可以配備緩沖器).
散熱準則:
在穩定狀態下,OCXO將按照規范執行.在恒定的溫度和氣流條件下,經過"預熱"期(包括石英晶體振蕩器和安裝振蕩器的電路板)之后,達到了穩態.對于漂移一致性測試,建議在開始測量之前為電路板通電至少24小時(如果部件最近才焊接,則通電48小時),并將溫度變化保持在±1℃之內(除非相關標準另有規定)).
由于烤箱試圖保持恒定的內部溫度,OCXO外部溫度的變化將導致流向加熱器的電流增加或減少.這是一個臨界阻尼的閉環系統,其響應將滯后于外部刺激,導致相位和頻率變化(即頻率漂移).因此,最好將外部溫度波動保持在最低水平.短期溫度波動的主要原因是風扇以不同的速度運行或間歇使用時,氣流量的變化.溫度變化的另一個原因是OCXO附近的電路間歇性地接通.這會產生足夠的熱量以擾亂熱平衡.最好使這種電路遠離振蕩器.由于不需要冷卻OCXO,因此可以通過將OCXO石英晶振與環境熱隔離來大大提高其短期和中期穩定性.兩個重要因素是電路板布局和氣流.
印刷電路板布局注意事項:
應用標準的RF做法,使軌道更短并使振蕩器靠近計時電路.使用建議的焊盤布局,如規范中所述.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,請勿在OCXO區域下方布線任何軌道.建議將這個禁區擴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應至少為13.7x11.5mm.連接到焊盤的走線的寬度應小于1mm,以避免熱量從OCXO散發出去,并且不應連接到禁區內的任何層.為了進一步減少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.如果無法實施這些建議.
氣流注意事項:
為了符合規格,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械零件來局部屏蔽振蕩器.如果無法做到這一點或屏蔽不充分,則可以在OCXO Oscillator上放置塑料或金屬防風罩.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閉和間歇打開時(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格中包含的溫度曲線兼容,這些零件就適合采用無鉛工藝進行回流焊接.注意RFPO40/RFPO45和RFPO50/RFPO55是非密封的,清潔后可能會殘留清潔液.我們不建議清潔本產品,因為殘留的水分和/或殘留物可能會降低性能.ROM1490xx是密封產品,可水洗.
如果對Rakon品牌的OCXO振蕩器有需求,請聯系金洛鑫電子0755-27837162,我們與Rakon公司有多年合作的關系,通過正規渠道為大家采購原廠原裝的正品.
獨家分享Rakon開發網絡基準時鐘系統微型OCXO晶振應用準則
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