系數(shù)校正Vectron Oscillator應(yīng)用說明
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年01月24
美國Vectron Crystal公司是一家頻率控制解決方案供應(yīng)商，本身也是研發(fā)和生產(chǎn)石英晶體，石英晶體振蕩器的制造商，其設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，在業(yè)界中算是非常不錯(cuò)的，可以為航天航空，無線基站平臺，汽車船舶，軍事用品，井下探測等比較高端的行業(yè)提供方案和石英晶振產(chǎn)品。2018年Vectron晶振被授予Leading Lights'杰出元件供應(yīng)商'，并且還研發(fā)出了CCXO晶振系列，可用于射頻微波，無線模塊，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。
Coefficient Corrected Oscillator（CCXO）包含一個(gè)高穩(wěn)定性的恒溫石英晶體振蕩器和一個(gè)I2那個(gè)C接口與溫度和電流傳感器以及板載EEPROM通信。該界面使客戶得以改進(jìn)根據(jù)振蕩器已經(jīng)非常出色的穩(wěn)定性。
石英諧振器和單爐控制電路的進(jìn)步使得烤箱控制晶體的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能振蕩器（OCXO）能夠?qū)崿F(xiàn)0.06ppb/天的老化速率和0.4ppb的溫度穩(wěn)定性商業(yè)溫度范圍。使用市售環(huán)境可以進(jìn)一步提高這些穩(wěn)定性傳感器和微處理器。Vectron的MX系列振蕩器將數(shù)字電子設(shè)備嵌入振蕩器外殼中使用這種方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微處理器校正穩(wěn)定性至0.1ppb。下圖顯示了一個(gè)帶有4的OCXO貼片振蕩器使用微處理器將ppb溫度穩(wěn)定性校正到小于0.3ppb。
CCXO使客戶能夠通過使用I2C接口執(zhí)行微處理器校正。通過界面，客戶可以訪問環(huán)境傳感器，數(shù)字控制頻率，并訪問存儲(chǔ)在其中的測試信息EEPROM。每個(gè)振蕩器的特征在于溫度室，以及頻率誤差，溫度的值傳感器和每個(gè)測試溫度下的電流傳感器存儲(chǔ)在EEPROM中。頻率誤差和溫度傳感器結(jié)果用于生成多項(xiàng)式函數(shù)的系數(shù)：
其中F是頻率誤差，T是溫度傳感器值，然后將這些系數(shù)存儲(chǔ)在EEPROM中。
•對每個(gè)單元進(jìn)行溫度測試。
•板載溫度和電流的值傳感器和石英晶體振蕩器的頻率誤差每個(gè)測試溫度都保存到EEPROM中。
•四階多項(xiàng)式頻率的系數(shù)計(jì)算并存儲(chǔ)溫度與溫度EEPROM。
•電流和溫度傳感器提供真實(shí)的時(shí)間值通過I2C在操作期間。
在應(yīng)用中使用期間，客戶使用I2C接口控制振蕩器的頻率以尋址板載DAC。或者，客戶可以使用F（T）信息來控制DDS并使用固定頻率振蕩器。
下面的框圖和表格說明了實(shí)現(xiàn)以及校正系數(shù)和系數(shù)之間的差異校正振蕩器。
系數(shù)校正振蕩器方法需要客戶更多的設(shè)計(jì)效果來實(shí)現(xiàn)，但提供了客戶在最終應(yīng)用中更多地控制振蕩器。除了頻率與溫度的關(guān)系之外，還有電流傳感器可以深入了解可用于多種用途的振蕩器。在OCXO晶振中，使用烤箱來保持在恒定溫度下晶體，同時(shí)改變周圍環(huán)境溫度。
電流表現(xiàn)出以下行為：
•穩(wěn)態(tài)烤箱電流消耗與溫度成反比。
•由于穩(wěn)定所需的額外功率，空氣流量增加，固定溫度下的電流消耗增加烤箱。
•增加的空氣流量可能會(huì)改變測量的頻率與溫度性能。
•當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，在達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值之前會(huì)發(fā)生瞬態(tài)電流響應(yīng)。該行為可以提供對有源晶振的寶貴見解，允許客戶將電流傳感器用作以下指標(biāo)：
•熱穩(wěn)定性
•如果電流與存儲(chǔ)在EEPROM中的電流溫度不相似，則會(huì)降低F（T）等式
最終這個(gè)數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建一個(gè)新的兩個(gè)獨(dú)立變量關(guān)系F（I，T），其中F是頻率誤差，我是電流傳感器值，T是溫度傳感器值。
CCXO（MD-xx3系列）為客戶提供了獲得振蕩器性能的寶貴見解的機(jī)會(huì)最終以更低的成本提高最終應(yīng)用的性能。該解決方案確實(shí)需要更多的前期工作而不是現(xiàn)成的校正振蕩器，但提供了改善性能的途徑。
目前為止，Vectron晶振公司獲得的成就無人超越，2016年的活動(dòng)最為頻繁，到多個(gè)國家參賽或展示產(chǎn)品，讓更多國家的生產(chǎn)廠家認(rèn)識Vectron品牌，擁有領(lǐng)先的頻率元件制造技術(shù)和加工工藝。進(jìn)行系數(shù)校正時(shí)，從未發(fā)生過失誤，并通過校正將晶體和振蕩器生產(chǎn)得更好，更大量。
Coefficient Corrected Oscillator（CCXO）包含一個(gè)高穩(wěn)定性的恒溫石英晶體振蕩器和一個(gè)I2那個(gè)C接口與溫度和電流傳感器以及板載EEPROM通信。該界面使客戶得以改進(jìn)根據(jù)振蕩器已經(jīng)非常出色的穩(wěn)定性。
石英諧振器和單爐控制電路的進(jìn)步使得烤箱控制晶體的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能振蕩器（OCXO）能夠?qū)崿F(xiàn)0.06ppb/天的老化速率和0.4ppb的溫度穩(wěn)定性商業(yè)溫度范圍。使用市售環(huán)境可以進(jìn)一步提高這些穩(wěn)定性傳感器和微處理器。Vectron的MX系列振蕩器將數(shù)字電子設(shè)備嵌入振蕩器外殼中使用這種方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微處理器校正穩(wěn)定性至0.1ppb。下圖顯示了一個(gè)帶有4的OCXO貼片振蕩器使用微處理器將ppb溫度穩(wěn)定性校正到小于0.3ppb。
圖1-微處理器校正的OCXO（紅色跡線），改進(jìn)了~10倍未補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果（藍(lán)色痕跡）。
對于許多應(yīng)用，板載微處理器校正方法是足夠的;但是，在某些應(yīng)用客戶中通過自己執(zhí)行微處理器校正來獲得更好的結(jié)果。對于這些應(yīng)用，Vectron提供我們的“CoefficientCorrectedOscillators”（CCXO）系列。此外，將CCXO晶振納入系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致總體費(fèi)用降低如果客戶在最終應(yīng)用程序中已經(jīng)有微處理器，則會(huì)產(chǎn)生材料成本。CCXO使客戶能夠通過使用I2C接口執(zhí)行微處理器校正。通過界面，客戶可以訪問環(huán)境傳感器，數(shù)字控制頻率，并訪問存儲(chǔ)在其中的測試信息EEPROM。每個(gè)振蕩器的特征在于溫度室，以及頻率誤差，溫度的值傳感器和每個(gè)測試溫度下的電流傳感器存儲(chǔ)在EEPROM中。頻率誤差和溫度傳感器結(jié)果用于生成多項(xiàng)式函數(shù)的系數(shù)：
其中F是頻率誤差，T是溫度傳感器值，然后將這些系數(shù)存儲(chǔ)在EEPROM中。
•板載溫度和電流的值傳感器和石英晶體振蕩器的頻率誤差每個(gè)測試溫度都保存到EEPROM中。
•四階多項(xiàng)式頻率的系數(shù)計(jì)算并存儲(chǔ)溫度與溫度EEPROM。
•電流和溫度傳感器提供真實(shí)的時(shí)間值通過I2C在操作期間。
在應(yīng)用中使用期間，客戶使用I2C接口控制振蕩器的頻率以尋址板載DAC。或者，客戶可以使用F（T）信息來控制DDS并使用固定頻率振蕩器。
下面的框圖和表格說明了實(shí)現(xiàn)以及校正系數(shù)和系數(shù)之間的差異校正振蕩器。
圖3-系數(shù)和校正振蕩器的方框圖。在校正的振蕩器中，微處理器是嵌入在OCXO中。
圖4-使用DDS和固定頻率振蕩器進(jìn)行交替配置，以提高穩(wěn)定性。
電流表現(xiàn)出以下行為：
•穩(wěn)態(tài)烤箱電流消耗與溫度成反比。
•由于穩(wěn)定所需的額外功率，空氣流量增加，固定溫度下的電流消耗增加烤箱。
•增加的空氣流量可能會(huì)改變測量的頻率與溫度性能。
•當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，在達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值之前會(huì)發(fā)生瞬態(tài)電流響應(yīng)。該行為可以提供對有源晶振的寶貴見解，允許客戶將電流傳感器用作以下指標(biāo)：
•熱穩(wěn)定性
•如果電流與存儲(chǔ)在EEPROM中的電流溫度不相似，則會(huì)降低F（T）等式
最終這個(gè)數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建一個(gè)新的兩個(gè)獨(dú)立變量關(guān)系F（I，T），其中F是頻率誤差，我是電流傳感器值，T是溫度傳感器值。
CCXO（MD-xx3系列）為客戶提供了獲得振蕩器性能的寶貴見解的機(jī)會(huì)最終以更低的成本提高最終應(yīng)用的性能。該解決方案確實(shí)需要更多的前期工作而不是現(xiàn)成的校正振蕩器，但提供了改善性能的途徑。
目前為止，Vectron晶振公司獲得的成就無人超越，2016年的活動(dòng)最為頻繁，到多個(gè)國家參賽或展示產(chǎn)品，讓更多國家的生產(chǎn)廠家認(rèn)識Vectron品牌，擁有領(lǐng)先的頻率元件制造技術(shù)和加工工藝。進(jìn)行系數(shù)校正時(shí)，從未發(fā)生過失誤，并通過校正將晶體和振蕩器生產(chǎn)得更好，更大量。
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