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EMXO真空微型晶體振蕩器有哪些特點?

來源：http://www.cbjur26.cn 作者：康華爾電子 2019年07月05

如今市面上的振蕩器料號,類型和品牌多到眼花繚亂,而且應用的產品范圍差不多,使采購們都有了選擇恐懼癥,除了常規我們比較熟悉的XO,VCXO,TCXO,OCXO,VC-TCXO之外,還有一種EMXO的振蕩器類型,全名叫做真空微型晶體振蕩器,來自美國的Vectron International宣布在石英晶體振蕩器設計方面取得技術突破,推出真空微型晶體振蕩器(EMXO™).它與傳統的振蕩器有什么區別,有哪些優勢,請閱讀本篇文章.

當頻率與溫度要求過于嚴格而無法通過基本XO(晶體振蕩器)或TCXO(溫度補償晶體振蕩器)來滿足時,使用OCXO(烘箱控制晶體振蕩器).使用OCXO時,晶體和臨界電路的溫度會隨著振蕩器外部溫度的變化而保持恒定.用烤箱控制振蕩器內的溫度可保持恒溫.在OCXO晶振中,感測環境溫度的變化,然后將其反饋到烤箱控制器,該控制器在振蕩器外殼內持續保持恒定的最佳溫度.OCXO可以將晶體的固有穩定性提高5000倍以上.烤箱控制系統并不完美,開環增益不是無限的,烤箱內部有內部溫度梯度(振蕩器),而在傳統的烤箱中,烤箱外殼的電路會受到環境溫度變化的影響.’拉’頻率.

與XO或TCXO相比,傳統OCXO的溫度穩定性能得到了極大的提升.例如,OCXO功耗大于200倍.還有一個尺寸考慮因素.在普通的OCXO中,將晶體封裝在金屬外殼中,然后將其與溫度敏感電路一起放入烤箱外殼中,然后用隔熱材料包圍.然后將所有這些以及任何附加電路放置在金屬外殼中,制成龐大的封裝,這變得非常難以小型化.為了克服這些障礙,EX-380系列EMXO(真空微型烤箱控制晶體振蕩器)專門開發用于實現OCXO性能,同時顯著降低功耗并減小封裝尺寸(見圖1).

這些特性齊頭并進,因為減小封裝尺寸可以更容易地改善功耗.首先,使包裝的體積盡可能小,以減小烤箱需要加熱的體積.其次,需要使用最有效的絕緣材料.在EX-380系列中,Vectron已經完成了這兩項工作.該封裝設計為單個DIP尺寸為0.82’x0.52”x0.3’,振蕩器使用真空作為絕緣介質-與傳統的泡沫塑料或基于纖維的絕緣材料相比有了顯著的改進.Vectron努力減小尺寸的另一個重要因素并且仍然提供’烤箱振蕩器’的性能是為了消除大包裝晶體的使用,到目前為止,必須使用它來實現良好的老化.相反,使用開放式晶體坯料的方法被發現并且變得實用.Vectron已經成功地解決了可能降低性能的除氣和污染問題.要做到這一點,需要制造具有高內部真空水平,內部除氣率低的有源晶振,以提供所需的隔熱效果.需要高水平的清潔度來防止開放(未包裹)晶體空白的污染,并確保特殊的長期晶體老化.
該封裝的關鍵設計特點采用了將空白精密晶體與混合微電子電路相結合的概念.在這樣做時,獲得良好的老化性能是至關重要的.出于這個原因,冷焊包裝概念將空白形式的精密晶體與混合微電子電路相結合.在這樣做的過程中,獲得良好的老化性能是準備好的.因此,選擇冷焊接封裝而不是更傳統的電阻焊接封裝.冷焊密封在韌性金屬表面之間提供了真正的冶金結合,而沒有來自密封過程的額外熱量.在通過焊接模具的壓痕引入的高噸位壓力下,材料的可塑性流動發生在配合表面上.最終結果是密封的外殼,沒有焊接飛濺,灰塵和蒸汽的污染.而且,最重要的是,冷焊密封外殼可實現高水平的真空完整性.
機械地,混合電路和SMD晶振組件直接懸掛在高度絕緣的結構上,以最小化通過傳導的熱能損失.另外,整個組件通過真空在10-6托的壓力水平下與外殼絕熱.基于穩態熱傳導計算,該封裝設計產生的熱阻大于300攝氏度/瓦.EMXO制造工藝很有意思,工藝流程圖如下圖2所示.

基板采用厚膜絲網印刷技術制造,每個沉積層經受三個不同的工藝階段-印刷,干燥和火焰.晶體夾子附著在具有高導熱性的基板上的金導體跡線上.VECTRON晶振公司使用導電粘合劑將所有有源和無源元件安裝在基板上,然后移至保護爐進行固化.在固化過程之后,清潔混合物以去除有機和非有機污染物.導線在混合電路上作為互連接合.然后用粘合劑將混合電路連接到冷焊組件上.最后,將空白晶體安裝到夾子上,并通過蒸發過程調節到所需的標稱頻率,典型精度為1ppm.然后將這些單元冷焊密封.烤箱本身通過施加到導熱基底的直接熱傳導來加熱.顯示了這種“開放空白”EMXO概念,并與傳統的OCXO結構相比,如下圖3所示.

對晶體支撐的影響.這種特征被稱為’翻倒’并以10-9/g表示,其中一個g代表180度ori-entation變化的一半.為了最大限度地減少這種變化,并提高沖擊和振動下的性能,晶體坯料安裝在對稱的安裝結構中,而不是傳統的2或3點.這有助于實現高沖擊和振動耐久性水平,低g敏感性能和對稱熱傳遞.而且,當貼片振蕩器工作并受到振動時,產生寄生頻率,通過振動頻率偏離振蕩頻率.這些通常被稱為’振動引起的邊帶’,并且這些邊帶的行為類似于相位噪聲.這些雜散輸出的幅度與振動幅度,晶體支撐的機械設計以及振蕩器組件的機械設計(包括晶體安裝)有關.這里對稱的晶體安裝結構也有助于減少不必要的噪音.
AT和雙旋轉晶體均可用于EX-380系列.盡管許多類型的雙旋轉晶體在振動下產生的振幅低于AT,但這一特性主要取決于晶體和振蕩器的機械設計,而不是特定的晶體切割.在許多應用中,Vectron在振蕩器中使用雙重旋轉的晶振,以提供更低的相位噪聲,更好的老化速率和降低的加速靈敏度.在不太關鍵的應用中,使用成本較低的AT切割晶體.

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