MTI-Milliren品牌220微型烤箱振蕩器標(biāo)準(zhǔn)封裝與性能

原本并不打算介紹這款220系列的石英晶體振蕩器,因?yàn)樵摽罹д駥儆谄溟T的,但是也是MTI-Milliren Technologies Inc.公司重點(diǎn)推廣的產(chǎn)品之一.近期有幾個(gè)客戶問到這顆物料的,那就給大家說說,了解一下了.這是一種典型的烤箱型石英晶體振蕩器,與一般的振蕩器外形差別很大,看起來會(huì)比較厚重,但是其性能和穩(wěn)定性是普通晶振比不了的,而且精準(zhǔn)性非常高,因此被大量應(yīng)用到無線基站,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,儀表儀器,軍工設(shè)備,航天航空等模塊.大批量應(yīng)用的下一代頻率參考需要非常穩(wěn)定的恒溫晶體振蕩器.220系列振蕩器是由MTI-Milliren Technologies,Inc.設(shè)計(jì)的,并且經(jīng)過廣泛的測(cè)試和評(píng)估,該振蕩器已被證明可提供滿足大多數(shù)(如果不是全部)未來系統(tǒng)要求所必需的性能.

1.引言

220系列振蕩器在最近開發(fā)的薄型TO-8支架中利用SC切割石英晶體,以低成本實(shí)現(xiàn)了典型的每100℃5e-9的熱穩(wěn)定性.該產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)SMT或通孔16引腳雙列直插式焊接密封封裝,尺寸為24.77mmx20.32mmx12.70mm.振蕩器在預(yù)熱期間消耗2.5W(典型值)的功率,在25℃穩(wěn)定狀態(tài)下消耗約0.8W的功率.關(guān)鍵參數(shù)(例如熱穩(wěn)定性,相位噪聲,短期穩(wěn)定性,電源電壓靈敏度和老化)是可比較的,并且在許多情況下要比通過傳統(tǒng)的和目前可用的大得多的單元獲得的參數(shù)好.

220系列采用了新的振蕩器拓?fù)?/span>,可減少元件數(shù)量并提高可靠性,是傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的兩倍左右.包括烤箱控制,加熱器,電壓調(diào)節(jié)和振蕩器電路在內(nèi)的整個(gè)組件由五個(gè)有源組件完成.220系列設(shè)計(jì)為可以在大批量生產(chǎn)環(huán)境中穩(wěn)定生產(chǎn)的晶振產(chǎn)品.將顯示表征各種關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù).

2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)

開發(fā)220系列振蕩器的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是:

熱穩(wěn)定性<1e-8每100℃

高可靠性,MTBF

耗電量低

非?？焖俚臒嵘?/span>

標(biāo)準(zhǔn)包裝,小巧的尺寸,表面安裝,高完整性的氣密密封,堅(jiān)固的高沖擊和振動(dòng)環(huán)境

可制造性和一致性

低成本,大批量生產(chǎn)

與傳統(tǒng)的方法(例如Colpitts,Pierce等)相比,采用了一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可大大減少組件數(shù).在反饋路徑中具有石英諧振器,模式選擇器和匹配網(wǎng)絡(luò)的MMIC放大器增益模塊可實(shí)現(xiàn)目標(biāo).正確選擇模式選擇器和匹配的濾波器組件值可使石英在串聯(lián)諧振附近運(yùn)行.圖1顯示了振蕩器框圖.包括緩沖放大器在內(nèi)的整個(gè)振蕩器組件均經(jīng)過烘箱處理,以實(shí)現(xiàn)最佳性能. 

圖1

220系列使用常見的16針DIL機(jī)械封裝,具有良好的氣密性和提供可表面安裝的封裝的能力.圖2顯示了與美國(guó)5美分硬幣相比的銷釘和表面安裝類型的照片. 

圖2

3.性能數(shù)據(jù)

顯示了許多重要石英振蕩器參數(shù)的數(shù)據(jù).選擇了代表2種常見產(chǎn)品的代表性結(jié)果集,使用SC切割石英,12V電源輸入和+9dBm正弦輸出的5MHz和10MHz單元.

3.1相位噪聲結(jié)果

圖3和圖4分別顯示了5MHz和10MHz版本的相位噪聲數(shù)據(jù).使用HP3048系統(tǒng)獲得的成對(duì)相似單元的結(jié)果.典型的規(guī)格極限以實(shí)線顯示. 

圖3 

圖4

3.2輸出頻譜結(jié)果

圖5和圖6分別顯示了5MHz和10MHz振蕩器的典型輸出頻譜.輸出電路包含一個(gè)匹配濾波器,該濾波器允許低諧波含量,如下圖所示. 

圖5 

圖6

3.3熱穩(wěn)定性結(jié)果

圖7和10顯示了5MHz和10MHz單元的熱穩(wěn)定性.每個(gè)穩(wěn)定性圖均參考其各自的“溫度與時(shí)間”圖.這種表示方法允許在熱瞬態(tài)和其他現(xiàn)象的背景下查看完整的數(shù)據(jù)集,否則,在簡(jiǎn)單的頻率與溫度表示法中可能會(huì)丟失這些數(shù)據(jù)集.圖8和11分別顯示了每個(gè)頻率的溫度與時(shí)間的關(guān)系圖.5MHz單元的數(shù)據(jù)顯示了一個(gè)上升到下降的斜率,并返回到25C,而10MHz單元的數(shù)據(jù)是一個(gè)單向斜率.上下坡道對(duì)于資格測(cè)試最有用,而單向坡道最常用于生產(chǎn)測(cè)試.每組數(shù)據(jù)還包括功率與時(shí)間的關(guān)系圖,分別針對(duì)5MHz和10MHz參見圖9和12. 

圖7 

圖8 

圖9 

圖10 

圖11 

圖12

3.4預(yù)熱結(jié)果

5MHz-SC220系列振蕩器的預(yù)熱數(shù)據(jù)如圖13所示.在超過2小時(shí)的關(guān)閉時(shí)間后進(jìn)行測(cè)量.功率與時(shí)間的關(guān)系圖如圖14所示.功耗是在靜止空氣中測(cè)得的.該頻率在25℃下約2分鐘內(nèi)在2e-8窗口內(nèi).盡管未顯示,但頻率實(shí)際上始于–20e-6,然后迅速上升到工作頻率.圖中小的正部分表示由于SC晶體切割不夠理想而引起的過沖.10MHz產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)與5MHz非常相似,因此在這種情況下沒有單獨(dú)的數(shù)據(jù). 

圖13 

圖14

3.5調(diào)整功能結(jié)果

下面分別針對(duì)圖15和16中的5MHz和10MHz-220系列振蕩器顯示了調(diào)諧曲線.請(qǐng)注意,10MHz振蕩器的調(diào)諧速率大約是5MHz乘積的調(diào)諧速率的4倍.調(diào)諧范圍與石英晶體的dX/dF和調(diào)諧變?nèi)荻O管的可用電抗擺幅成比例.注意5MHz圖上的非線性.許多規(guī)格都忽略了0至0.5V的范圍,以避免出現(xiàn)此區(qū)域.下圖表示的線性度通常為10％或更小. 

圖15 

圖16

3.6供應(yīng)敏感度結(jié)果

電源靈敏度的特征類似于熱穩(wěn)定性.在記錄頻率時(shí),電源在極端運(yùn)行條件下變化.像熱穩(wěn)定性測(cè)量一樣,相對(duì)于時(shí)間測(cè)量頻率和電壓,然后在時(shí)間和電壓軸之間建立關(guān)聯(lián).如圖17和19所示,此方法捕獲了可能發(fā)生的任何瞬時(shí)效應(yīng).圖18顯示了電壓隨時(shí)間變化的函數(shù).請(qǐng)注意,在每種情況下,對(duì)于5MHz和10MHz,瞬態(tài)行為的幅度都大于靜態(tài)頻率偏移. 

圖17 

圖18 

圖19

3.7老化測(cè)試結(jié)果

MTI-milliren晶振設(shè)計(jì) 的5和10MHz-220系列振蕩器的老化測(cè)試結(jié)果顯示在下面的圖20和21中.在前30天中,5MHz-220系列單元的平均初始老化率小于2e-10/day.10MHz類型具有的平均值和同一時(shí)期的平均值少于5e-10/天. 

圖20 

圖21

結(jié)論

呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)要概述了220系列產(chǎn)品的性能.過去2年中收集的結(jié)果表明,具有較小物理尺寸的振蕩器可以等于或超過使用過去的更大產(chǎn)品獲得的性能.降低復(fù)雜性和降低組件應(yīng)力有助于大大提高故障率并降低總體生產(chǎn)成本.

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