溫度補償振蕩器(TCXOs)用于通常要求頻率穩定性為5ppm或更高的系統中的頻率基準.一般來說,這些系統的頻率精度必須保持在一個時序預算內,該預算考慮到所有因素導致的TCXO晶振頻率漂移,包括整個系統工作壽命期間的工作溫度,電源電壓,輸出負載和老化.業界通常定義一組頻率穩定性參數,以量化環境因素和電路條件對基準振蕩器的影響.本文件解釋了SiTime TCXO數據表中的頻率穩定性規格,以及如何計算頻率精度限值.

溫度穩定性和頻率精度

SiTime TCXO數據手冊包括以下頻率穩定性規格:初始容差(F_init)是室溫(例如25±3℃)下與標稱頻率的頻率偏差.它是在典型電源電壓和輸出負載條件下測量的,器件安裝在印刷電路板上.初始容差的主要成分是SiTime工廠溫度校準后的殘留頻率誤差和印刷電路板焊接引起的頻率偏移.

通過在印刷電路板回流組裝過程后使用電壓控制TCXO(VC-TCXO晶振)和頻率校準,可以將初始容差對系統時序預算的影響降至最低.

溫度穩定性(F_stab)表征環境溫度變化引起的頻率漂移,并指定為整個工作溫度范圍內峰峰值頻率偏差的一半.

電源電壓穩定性(F_vdd)規定了電源電壓變化引起的頻移,對于2.5V至3.3VVDD,頻移在±10%以內,對于1.8VVDD,頻移在±5%以內.

輸出負載穩定性(F_load)規定了輸出引腳上負載電容差異引起的頻率偏移,LVCMOS輸出振蕩器最高可達15pF.

總頻率精度(F_total)計算為上述所有參數的總和.例如,溫度穩定性為2.5ppm的SiT5000VCTCXO的總頻率精度為:F_total=F_init+F_stab+F_vdd+F_load=1+2.5+0.05+0.1=3.65ppm.

通過使用VC-TCXO振蕩器選項,可以通過系統校準降低初始容差,從而獲得更高的總頻率精度:F_total=F_stab+F_vdd+F_load=2.5+0.05+0.1=2.65ppm

在使用TXCO的應用中,溫度穩定性通常是頻率誤差的主要來源.與室溫下的頻率偏移不同,使用簡單的校準方案無法消除溫度漂移.

老化和頻率精度

即使在恒定的工作條件下,由于器件內部的變化,TCXO頻率也會隨時間推移而變化.系統預算中需要一個隨時間推移的頻率偏移的附加參數.最常用的參數是第一年老化和10年老化.

第一年老化規定了在恒定有源晶振電源電壓和工作溫度(通常為25℃)下連續工作一年后,相對于初始頻率的頻移極限

10年老化規定了在恒定運行條件下連續運行10年后,相對于初始頻率的頻移極限.10年老化規范是從9至18個月或更長時間內對一組具有統計意義的樣本進行的頻率測量中推斷出來的數字.

計算包括1年或10年老化的總頻率精度:總頻率=初始頻率+穩定頻率+直流頻率+負載頻率+老化頻率.

例如,SiT50002.5ppmVCTCXO的第一年老化為1.5ppm.然后,總頻率精度可以計算為:F_total=F_init+F_stab+F_vdd+F_load_F_ageing=1+2.5+0.05+0.1+1.5=5.15ppm.同一VCTCXO的10年老化為3.5ppm,這導致10年內總頻率精度為7.15ppm.

對TCXO晶振器件和系統校準使用相同的電壓調諧選項可以在頻率精度預算中實現更嚴格的限制.例如,移除印刷電路板組裝后的初始公差,并在產品壽命期間定期校正老化相關的頻移,將提高精度.