TXC晶振研制出耐高温环境温度范围内产品

康比电子该篇文章报道了基于模拟振荡电路结合使用热敏电阻和相关分立电器的传统温度传感电路,开发了尺寸为9.7mmx7.5mm的高稳定性小型化烤箱控制晶体振荡器(OCXO)组件.实施有限元法(FEM)以优化炉结构的炉子稳定性.因此,在-40至85°C的环境温度范围内,低于±1°C的高度稳定的烤箱性能进行了数值分析和实验证明.因此,该结果意味着使用AT切割晶体,小型化OCXO的频率稳定性可以达到小于±20ppb.

众所周知,台湾晶技TXC晶振集团在业界是比较高名气的频率元件制造商,自成立以来已经向市场及各个行业领域提供了各种高的质量,高的品质产品,有耐高温的车载晶振,工业级晶振等各种频点.不断为市场需求而研制出新的TXC晶振产品.

多年来因为尺寸封装上难以突破,OCXO晶振的发展一直处于瓶颈当中,尽量OCXO的稳定性,可输出LVDS,LV-PECL等差分信号,但始终没有被生产厂家们广泛的使用.因此不少国内和国外的晶体制造商,都在加紧研发小型化恒温晶体振荡器,其中烤箱式的OCXO晶振是比较受关注的,TXC晶振公司是台湾知名的频率元件制造商,小型OCXO晶振设计开发目前是TXC晶振公司的重要项目.TXC公司现在成功研发的两款小体积烤箱式恒温晶振分别是OE晶振和OG晶振.

图1.9.7mmx7.5mm小型化OCXO的照片

在过去几年中,小型蜂窝解决方案通过部署为独立网络或与传统宏蜂窝集成,展示了其实现更高无线电密度和容量的能力.此外,通过使用包括室内和室外应用的小型蜂窝技术,将大大扩展下一代4G-LTE电信的覆盖范围.然而,对于小型电池应用,由于使用具有成本有效解决方案的单个小型贴片晶振封装的特殊要求,物理尺寸是影响小型电池设计选择频率控制部件的关键因素.因此,开发小型化的OvenControlledCrystalReprintedOscillator(OCXO)以满足严格的系统要求,已经引起了很多关注.2012年,TXC晶振公司使用AT切割晶体作为温度传感器,开发了数字信号处理-椭圆OCXO振荡器(DSP-OCXO)的开发,显示频率可以达到±20.

图2.小型化OCXO的功能框图,热敏电阻用作温度传感器

ppb在-40到85°C的环境温度范围内.然而,这种数字烤箱控制电路仍然受到温度稳定性的小波动的影响[2].为了解决这个问题,我们提出了一种尺寸为9.7mmx7.5mm的高稳定性小型化OCXO,它基于模拟振荡电路与传统的使用热敏电阻的温度传感电路相结合,如图中OCXO晶振的真实外观所示.1.小型化OCXO有源晶振的功能框图如图2所示.使用热敏电阻作为温度传感器的传统温度传感电路用于温度控制电路.为了优化烤箱结构,采用了有限元法(FEM)的热分析模拟因此,从-40℃到85℃的低于±1℃变化的高度稳定的烘箱性能在数值上和实验上都得到证实.

传热模型:

OCXO恒温晶振能够在很宽的工作温度范围内实现极高的频率稳定性.这可以通过将晶体放置在具有恒温控制的加热器元件的隔热炉结构中来实现.为了在运行过程中对OCXO的烤箱结构进行建模,进行了时间依赖过程的树维模拟.在模拟中,OCXO中传热模拟的控制机制只考虑了传导效应.因此,一般热传导方程可以从热力学第一定律推导出来,如下所示:

图3.恒温控制加热器的热源定义为时间的函数,包括预热和稳定步骤

其中[kg/]表示密度,[J/(kgK)]表示热量恒定压力下的容量.傅里叶传导定律给出:

其中k[W/(mK)]是导热系数.应该注意的是,通过在空气的数值域中将速度设定为零来忽略对流效应.恒温控制加热器的热源被定义为时间的函数,如图3所示.热源温度为25°C,加热过程包括加热速率为2.5°C/s的预热步骤和保持温度为97.5°C的稳定步骤.采用对流热通量边界条件来表示不锈钢cver的外墙,向环境空气呼出:

其中n表示壁的法线,是传热系数,表示环境空气的温度.在本文中,工作温度范围为-40至85°C.PCB中的coppr迹线(大约几微米)的厚度远远高于其他组件.

图4.使用双加热器结构的OCXO的示意图

(大约几毫米)的设备.结果,由于需要更精细的网格,这种多尺度问题可能导致更长的计算时间.为此,通过将铜迹线设置为边界,在数值模型中实现高导电层.应该提到的是,该假设仍满足(1)中的传热配方.数值模拟中使用的材料和物理特性如表1所示,包括环境空气,印刷电路板(PCB),晶振和加热器封装的陶瓷,PCB中嵌入的走线的铜,以及不锈钢.封面.