SiTime的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)正量產(chǎn)-5G時(shí)鐘產(chǎn)品解決方案

作者： 揚(yáng)興晶振 日期：2020-03-20 瀏覽量：

  Elite Platform專(zhuān)為5G和LTE-Advanced移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中基于IEEE 1588的同步而設(shè)計(jì)，支持更小，密度更高的集成無(wú)線電，可安裝在燈柱，交通信號(hào)燈，電話桿和建筑物的側(cè)面，這些地方的散熱器散熱有限并會(huì)變熱。沒(méi)有較高溫度的組件，無(wú)線電性能可能會(huì)降低，包括失去同步。同步使網(wǎng)絡(luò)能夠維持服務(wù)質(zhì)量和操作可靠性，并且在最新一代的4G和5G網(wǎng)絡(luò)中使用eCPRI和分布式體系結(jié)構(gòu)會(huì)增加同步的時(shí)序復(fù)雜性。

  SiTime的SiT5356和SiT5357 Elite平臺(tái)MEMS Super-TCXO可提供-40°C至+ 105°C的擴(kuò)展工作溫度范圍，確保在有限的氣流，溫度變化，機(jī)械沖擊，振動(dòng)，電源噪聲和電磁干擾。

  高溫操作

  盡管溫度變化，TCXO仍可提供穩(wěn)定的頻率，但在+85°C以上的工作溫度下卻很難找到TCXO，長(zhǎng)期以來(lái)，TCXO一直被認(rèn)為是工業(yè)應(yīng)用的上限。但是，小型電池的嚴(yán)格包裝要求導(dǎo)致系統(tǒng)外殼的內(nèi)部溫度超過(guò)工業(yè)規(guī)范。即使使用主動(dòng)冷卻的系統(tǒng)(例如無(wú)刷直流風(fēng)扇)將溫度保持在指定的工作范圍內(nèi)，也可能會(huì)發(fā)生故障。與電子部件相比，如果MTBF較低，則冷卻風(fēng)扇可能會(huì)發(fā)生故障。由于存在這種風(fēng)險(xiǎn)，因此在冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，使用具有較大最大溫度范圍的組件可提供一定的余量。

  SiTime評(píng)估了各種石英振蕩器的性能，測(cè)量了超過(guò)額定+ 85°C工作溫度范圍的穩(wěn)定性，測(cè)試了+ 125°C的性能(見(jiàn)圖1)。

  圖1對(duì)比TCXO頻率穩(wěn)定性

  該圖顯示了與額定溫度為-40°C至+ 125°C的SiTime SiT5356 Super-TCXO相比，在這些較高溫度下的性能下降。為了使比較容易，將每個(gè)器件的值歸一化為+ 85°C時(shí)的輸出頻率?；贛EMS的Super-TCXO幾乎沒(méi)有降解，而石英TCXO的降解超過(guò)28,000 ppb。

  由于石英振蕩器的頻率偏移非常大，因此很難評(píng)估圖1中SiT5356的實(shí)際性能。圖2展示了+ 85°C至+ 125°C區(qū)域的放大圖，其偏移約為在+ 125°C下-50 ppb。

  圖2是SiT5356的頻率穩(wěn)定性的近視圖

  雖然頻率穩(wěn)定性是精密振蕩器的關(guān)鍵性能指標(biāo)，但另一個(gè)重要指標(biāo)是頻率與溫度的斜率(Δf/ΔT)。在需要使用IEEE 1588進(jìn)行時(shí)間和頻率傳輸?shù)南到y(tǒng)中，更好的Δf/ΔT可以改善時(shí)間誤差。圖3顯示了與SiT5356 Super-TCXO相比，相同的五個(gè)工業(yè)級(jí)TCXO從+ 85°C到+ 125°C的斜率(Δf/ΔT)。同樣，將曲線歸一化為+ 85°C下的頻率斜率。

  圖3對(duì)比TCXO頻率斜率

  石英器件的頻率斜率在額定溫度附近迅速下降，從+ 85°C和+ 95°C之間的10 ppb /°C增加到+ 125°C時(shí)的幾乎3000 ppb /°C?；贛EMS的SiT5356在+ 105°C時(shí)的頻率斜率優(yōu)于2 ppb /°C，在+ 125°C時(shí)僅增加至8 ppb /°C。

  系統(tǒng)影響

  TCXO用于要求高穩(wěn)定性頻率參考的應(yīng)用中，例如蜂窩遠(yuǎn)程無(wú)線電頭。隨著社區(qū)和運(yùn)營(yíng)商要求使用更小的無(wú)線電，設(shè)備必須在越來(lái)越熱的環(huán)境中運(yùn)行。為此，需要一種能夠承受高溫并保持系統(tǒng)功能的定時(shí)解決方案。SiTime的Super-TCXO的擴(kuò)展溫度操作有助于確保這些系統(tǒng)在壓力較大的環(huán)境中繼續(xù)運(yùn)行，從而最大程度地減少了停機(jī)時(shí)間，從而為運(yùn)營(yíng)商維持了創(chuàng)收數(shù)據(jù)流量。SiTime的計(jì)時(shí)技術(shù)具有在高溫下“保持低溫”的振蕩器，可提供高級(jí)4G和5G網(wǎng)絡(luò)所需的堅(jiān)固性。
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