由于5G基礎(chǔ)設(shè)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(fù)能力在下一代通信系統(tǒng)中變得越來(lái)越重要.由于振蕩器在高溫下"保持涼爽",SiTime晶振的定時(shí)技術(shù)可提供安裝在惡劣環(huán)境中的設(shè)備所需的穩(wěn)健性.
TCXO和OCXO用于需要高穩(wěn)定性頻率參考的蜂窩基站等應(yīng)用.由于可能存在冷卻系統(tǒng)故障,因此在此類(lèi)事件中使用能夠承受高溫并保持系統(tǒng)功能的定時(shí)解決方案非常重要.除了持久的故障條件外,OCXO和TCXO的擴(kuò)展溫度操作可以使系統(tǒng)更加強(qiáng)大和可靠,或根本不需要冷卻風(fēng)扇.
想象一下,在一個(gè)只有一個(gè)蜂窩塔的偏遠(yuǎn)地區(qū),當(dāng)無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生故障時(shí)需要撥打緊急電話!失敗可能是由同步和定時(shí)問(wèn)題引起的,因?yàn)槊總€(gè)新一代無(wú)線通信的時(shí)序要求都會(huì)受到更大的壓力.

與主機(jī)系統(tǒng)中的電子組件相比,具有較低MTBF的這些冷卻風(fēng)扇仍然不是故障安全的并且可能由于多種原因而發(fā)生故障.由于存在這種風(fēng)險(xiǎn),因此了解關(guān)鍵組件(例如為系統(tǒng)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(dòng)極限
為此,我們推動(dòng)了各種振蕩器的極限,測(cè)量超出額定工作范圍的穩(wěn)定性.我們測(cè)試了額定溫度為+85°C的溫補(bǔ)晶振器件并將其推至+125°C,并測(cè)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(jié)果.在每次測(cè)試中,我們將SiTimeMEMS振蕩器(用綠線表示)與來(lái)自不同供應(yīng)商的石英振蕩器進(jìn)行比較,所有這些都在同一類(lèi)別中且具有相同的溫度額定值.為了使比較更容易,每個(gè)器件的值在+85°C時(shí)從它們的頻率開(kāi)始,從同一點(diǎn)開(kāi)始.

上圖顯示了五個(gè)工業(yè)級(jí)TCXO器件在+85°C至+125°C的頻率穩(wěn)定性.基于MEMS的SiT5356 Elite Platform™Super-TCXO幾乎沒(méi)有降級(jí).相比之下,石英晶振TCXO的穩(wěn)定性降低到數(shù)萬(wàn)ppb范圍.
由于石英振蕩器中的頻率偏移非常極端,我們?cè)谏厦娴拇怪眣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(cè)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(wěn)定性如何在額定溫度范圍之外快速降低.

如上所示,通過(guò)以ppb(十億分之一)為單位的偏移來(lái)測(cè)量的頻率穩(wěn)定性是有源晶振振蕩器的關(guān)鍵性能規(guī)范.精密振蕩器的另一個(gè)重要指標(biāo)是頻率與溫度斜率(ΔF/ΔT).在需要使用IEEE1588進(jìn)行時(shí)間和頻率傳輸?shù)南到y(tǒng)中,更好的ΔF/ΔT有助于改善時(shí)間誤差.
下圖顯示了相同的五個(gè)工業(yè)級(jí)TCXO器件的+85°C至+125°C的斜率(ΔF/ΔT).這些值再次被稱(chēng)為+85°C時(shí)的頻率偏移.同樣,石英基器件的穩(wěn)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(yōu)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?cè)跍y(cè)試OCXO晶振設(shè)備時(shí)會(huì)看到類(lèi)似的行為,如下圖所示.在這里,我們比較了四個(gè)工業(yè)級(jí)OCXO器件的性能,從+85°C到+125°C.石英器件的穩(wěn)定性在溫度超過(guò)額定溫度范圍后開(kāi)始降低,而基于MEMS的SiT5711EmeraldPlatform™OCXO可保持穩(wěn)定性.
下面,我們表明ΔF/Δ?相同的從85四個(gè)工業(yè)級(jí)OCXO設(shè)備°C到125°C的頻率斜率的石英器件的劣化達(dá)到30ppb的/°C.相反,MEMS振蕩器的基于SiT5711的OCXO可保持額定穩(wěn)定性,最高可達(dá)+105°C,斜率小于0.5ppb/°C.

當(dāng)需要精確的穩(wěn)定性時(shí)-就像無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備一樣-設(shè)計(jì)人員經(jīng)常轉(zhuǎn)向溫補(bǔ)晶振和OCXO(烤箱控制振蕩器**).這些振蕩器設(shè)計(jì)用于在溫度變化時(shí)提供更好的頻率穩(wěn)定性.高溫和高溫變化是造成振蕩器不穩(wěn)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(shí)找到,通常被認(rèn)為是工業(yè)應(yīng)用的上限.

85°C可能看起來(lái)很高,但在當(dāng)今更密集的操作環(huán)境中,系統(tǒng)機(jī)箱中的環(huán)境溫度會(huì)迅速升高.例如,電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在密集的熱環(huán)境中運(yùn)行.這些系統(tǒng)中的許多系統(tǒng)使用主動(dòng)冷卻-無(wú)刷直流風(fēng)扇,這是最常用的-將溫度保持在規(guī)定的工作范圍內(nèi).

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