许多数字应用依赖冷却系统来将工作温度保持在设计限值内,工业石英晶体振荡器应用的工作温度通常为-40℃至+85℃.但是冷却系统可能会出现故障,例如,如果风扇出现故障,这可能会导致环境温度升高到系统设计限值以上,在某些情况下达到或超过+125℃.理想情况下,系统应在这些故障条件下保持正常运行.对于许多系统来说,持续的连续操作是至关重要的,例如,蜂窝基站应该维持支持紧急呼叫的基本服务.因此,系统设计者应该选择组件来实现最大的可靠性.
任何数字系统最重要的组件之一就是石英晶体振荡器.它为整个系统提供同步信号,因此有时被称为"系统的心跳"就像人体内的心脏一样,振荡器的故障会导致整个系统失灵.
汽车级晶体振荡器(XO)的工作温度最高可达+125℃,可满足许多应用的要求.但是像温度控制晶体振荡器和烤箱控制晶体振荡器这样工作在+85℃以上的精密振荡器很少见,也很难找到.对于某些应用,如同步以太网(SyncE),IEEE1588和向蜂窝基站提供回程服务的电信边界/从时钟,了解这些设备在其额定温度范围之外的行为非常重要,以便确定系统在故障条件下可以在多大程度上维持服务.
2,石英基陶瓷和陶瓷的稳定性退化
基于硅微机电系统的TCXO和OCXO器件以及基于石英的TCXO晶振和OCXO器件在温度上限之外进行了测试,以研究它们的行为.额定温度为+85℃的TCXO器件测试温度为+125℃;额定温度为+70℃的器件测试温度为+105℃.额定温度为+85℃的OCXO器件测试温度为+105℃
图1显示了TCXO器件的稳定性结果.石英晶振基器件的稳定性在额定温度极限之外迅速下降.频率变化率从+85℃到+95℃之间的10ppb/C增加到+125℃时的几乎3000ppb/C.相比之下,基于微机电系统的SiTiMEElitePlatformSuperTCXO器件(SiT5356)以高于2ppb/C至+105°C的频率与温度斜率(δF/δT)优雅地改变频率,在+125°C时仅增加至8ppb/C.从+85°C至125°C的总频率变化仅为50ppb.
SiTime晶振时序解决方案是容错和扩展温度系统的最佳选择.如果温度超出其额定范围,石英基溶液会迅速失去稳定性.在同步应用程序中,这种稳定性下降可能有几个影响,具体取决于下降的严重程度.对于本地振荡器的大幅度降级,锁相环可能会解锁,导致完全同步丢失和系统故障,包括掉线和数据丢失.频率稳定性下降也意味着类似的频率斜率增加.本地振荡器每1摄氏度的温度变化频率变化更快.这意味着在低带宽锁相环(如同步锁相环)跟踪之前,会积累更多的误差.这导致数据传输中出现偏离规范和多次滑动.
对于IEEE1558应用,这种频率斜率下降表现为动态时间误差下降.时间误差的累积速度快于低带宽IEEE1588环路所能赶上的速度,并且超过了规格.对于基站,这导致掉话或呼叫恶化
质量.
一般来说,由于冷却系统故障导致的温度快速升高会将高频与温度的斜率转变为高频与时间的斜率,这将导致许多系统出现故障.同步应用,如同步和IEEE1588,对系统时钟石英晶体振荡器频率变化有高通频率响应,系统时钟频率的快速变化不会被跟踪并将对同步锁相环的输出频率和整体系统性能产生直接的有害影响.
与石英贴片晶振器件相比,SiTime基于微机电系统的精英平台超TCXOs和祖母绿平台地层3EOCXOs具有优美的低δF/δT变化.即使温度发生变化,也可以避免大频率瞬变.即使在额定温度范围之外运行,低稳定性降级也可以防止系统解锁,并在时间误差规格内保持性能.
这种对高温和快速热变化的免疫力,加上SiTime微机电系统振荡器对冲击和振动的固有弹性,使这些时序解决方案能够保持额定稳定性,并提供连续的系统运行.
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