MTI-Milliren品牌220微型烤箱振荡器标准封装与性能

原本并不打算介绍这款220系列的石英晶体振荡器,因为该款晶振属于偏冷门的,但是也是MTI-Milliren Technologies Inc.公司重点推广的产品之一.近期有几个客户问到这颗物料的,那就给大家说说,了解一下了.这是一种典型的烤箱型石英晶体振荡器,与一般的振荡器外形差别很大,看起来会比较厚重,但是其性能和稳定性是普通晶振比不了的,而且精准性非常高,因此被大量应用到无线基站,网络设备,仪表仪器,军工设备,航天航空等模块.大批量应用的下一代频率参考需要非常稳定的恒温晶体振荡器.220系列振荡器是由MTI-Milliren Technologies,Inc.设计的,并且经过广泛的测试和评估,该振荡器已被证明可提供满足大多数(如果不是全部)未来系统要求所必需的性能.

1.引言

220系列振荡器在最近开发的薄型TO-8支架中利用SC切割石英晶体,以低成本实现了典型的每100℃5e-9的热稳定性.该产品采用标准SMT或通孔16引脚双列直插式焊接密封封装,尺寸为24.77mmx20.32mmx12.70mm.振荡器在预热期间消耗2.5W(典型值)的功率,在25℃稳定状态下消耗约0.8W的功率.关键参数(例如热稳定性,相位噪声,短期稳定性,电源电压灵敏度和老化)是可比较的,并且在许多情况下要比通过传统的和目前可用的大得多的单元获得的参数好.

220系列采用了新的振荡器拓扑,可减少元件数量并提高可靠性,是传统电路设计的两倍左右.包括烤箱控制,加热器,电压调节和振荡器电路在内的整个组件由五个有源组件完成.220系列设计为可以在大批量生产环境中稳定生产的晶振产品.将显示表征各种关键参数的测试数据.

2.产品设计

开发220系列振荡器的主要设计目标是:

热稳定性<1e-8每100℃

高可靠性,MTBF

耗电量低

非常快速的热身

标准包装,小巧的尺寸,表面安装,高完整性的气密密封,坚固的高冲击和振动环境

可制造性和一致性

低成本,大批量生产

与传统的方法(例如Colpitts,Pierce等)相比,采用了一种电路拓扑结构,可大大减少组件数.在反馈路径中具有石英谐振器,模式选择器和匹配网络的MMIC放大器增益模块可实现目标.正确选择模式选择器和匹配的滤波器组件值可使石英在串联谐振附近运行.图1显示了振荡器框图.包括缓冲放大器在内的整个振荡器组件均经过烘箱处理,以实现最佳性能. 

图1

220系列使用常见的16针DIL机械封装,具有良好的气密性和提供可表面安装的封装的能力.图2显示了与美国5美分硬币相比的销钉和表面安装类型的照片. 

图2

3.性能数据

显示了许多重要石英振荡器参数的数据.选择了代表2种常见产品的代表性结果集,使用SC切割石英,12V电源输入和+9dBm正弦输出的5MHz和10MHz单元.

3.1相位噪声结果

图3和图4分别显示了5MHz和10MHz版本的相位噪声数据.使用HP3048系统获得的成对相似单元的结果.典型的规格极限以实线显示. 

图3 

图4

3.2输出频谱结果

图5和图6分别显示了5MHz和10MHz振荡器的典型输出频谱.输出电路包含一个匹配滤波器,该滤波器允许低谐波含量,如下图所示. 

图5 

图6

3.3热稳定性结果

图7和10显示了5MHz和10MHz单元的热稳定性.每个稳定性图均参考其各自的“温度与时间”图.这种表示方法允许在热瞬态和其他现象的背景下查看完整的数据集,否则,在简单的频率与温度表示法中可能会丢失这些数据集.图8和11分别显示了每个频率的温度与时间的关系图.5MHz单元的数据显示了一个上升到下降的斜率,并返回到25C,而10MHz单元的数据是一个单向斜率.上下坡道对于资格测试最有用,而单向坡道最常用于生产测试.每组数据还包括功率与时间的关系图,分别针对5MHz和10MHz参见图9和12. 

图7 

图8 

图9 

图10 

图11 

图12

3.4预热结果

5MHz-SC220系列振荡器的预热数据如图13所示.在超过2小时的关闭时间后进行测量.功率与时间的关系图如图14所示.功耗是在静止空气中测得的.该频率在25℃下约2分钟内在2e-8窗口内.尽管未显示,但频率实际上始于–20e-6,然后迅速上升到工作频率.图中小的正部分表示由于SC晶体切割不够理想而引起的过冲.10MHz产品的性能数据与5MHz非常相似,因此在这种情况下没有单独的数据. 

图13 

图14

3.5调整功能结果

下面分别针对图15和16中的5MHz和10MHz-220系列振荡器显示了调谐曲线.请注意,10MHz振荡器的调谐速率大约是5MHz乘积的调谐速率的4倍.调谐范围与石英晶体的dX/dF和调谐变容二极管的可用电抗摆幅成比例.注意5MHz图上的非线性.许多规格都忽略了0至0.5V的范围,以避免出现此区域.下图表示的线性度通常为10％或更小. 

图15 

图16

3.6供应敏感度结果

电源灵敏度的特征类似于热稳定性.在记录频率时,电源在极端运行条件下变化.像热稳定性测量一样,相对于时间测量频率和电压,然后在时间和电压轴之间建立关联.如图17和19所示,此方法捕获了可能发生的任何瞬时效应.图18显示了电压随时间变化的函数.请注意,在每种情况下,对于5MHz和10MHz,瞬态行为的幅度都大于静态频率偏移. 

图17 

图18 

图19

3.7老化测试结果

MTI-milliren晶振设计 的5和10MHz-220系列振荡器的老化测试结果显示在下面的图20和21中.在前30天中,5MHz-220系列单元的平均初始老化率小于2e-10/day.10MHz类型具有的平均值和同一时期的平均值少于5e-10/天. 

图20 

图21

结论

呈现的数据简要概述了220系列产品的性能.过去2年中收集的结果表明,具有较小物理尺寸的振荡器可以等于或超过使用过去的更大产品获得的性能.降低复杂性和降低组件应力有助于大大提高故障率并降低总体生产成本.

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