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EMXO真空微型晶体振荡器有哪些特点?

来源：http://www.konuaer.net 作者：康华尔电子 2019年07月05

如今市面上的振荡器料号,类型和品牌多到眼花缭乱,而且应用的产品范围差不多,使采购们都有了选择恐惧症,除了常规我们比较熟悉的XO,VCXO,TCXO,OCXO,VC-TCXO之外,还有一种EMXO的振荡器类型,全名叫做真空微型晶体振荡器,来自美国的Vectron International宣布在石英晶体振荡器设计方面取得技术突破,推出真空微型晶体振荡器(EMXO™).它与传统的振荡器有什么区别,有哪些优势,请阅读本篇文章.

当频率与温度要求过于严格而无法通过基本XO(晶体振荡器)或TCXO(温度补偿晶体振荡器)来满足时,使用OCXO(烘箱控制晶体振荡器).使用OCXO时,晶体和临界电路的温度会随着振荡器外部温度的变化而保持恒定.用烤箱控制振荡器内的温度可保持恒温.在OCXO晶振中,感测环境温度的变化,然后将其反馈到烤箱控制器,该控制器在振荡器外壳内持续保持恒定的最佳温度.OCXO可以将晶体的固有稳定性提高5000倍以上.烤箱控制系统并不完美,开环增益不是无限的,烤箱内部有内部温度梯度(振荡器),而在传统的烤箱中,烤箱外壳的电路会受到环境温度变化的影响.’拉’频率.

与XO或TCXO相比,传统OCXO的温度稳定性能得到了极大的提升.例如,OCXO功耗大于200倍.还有一个尺寸考虑因素.在普通的OCXO中,将晶体封装在金属外壳中,然后将其与温度敏感电路一起放入烤箱外壳中,然后用隔热材料包围.然后将所有这些以及任何附加电路放置在金属外壳中,制成庞大的封装,这变得非常难以小型化.为了克服这些障碍,EX-380系列EMXO(真空微型烤箱控制晶体振荡器)专门开发用于实现OCXO性能,同时显着降低功耗并减小封装尺寸(见图1).

这些特性齐头并进,因为减小封装尺寸可以更容易地改善功耗.首先,使包装的体积尽可能小,以减小烤箱需要加热的体积.其次,需要使用最有效的绝缘材料.在EX-380系列中,Vectron已经完成了这两项工作.该封装设计为单个DIP尺寸为0.82’x0.52”x0.3’,振荡器使用真空作为绝缘介质-与传统的泡沫塑料或基于纤维的绝缘材料相比有了显着的改进.Vectron努力减小尺寸的另一个重要因素并且仍然提供’烤箱振荡器’的性能是为了消除大包装晶体的使用,到目前为止,必须使用它来实现良好的老化.相反,使用开放式晶体坯料的方法被发现并且变得实用.Vectron已经成功地解决了可能降低性能的除气和污染问题.要做到这一点,需要制造具有高内部真空水平,内部除气率低的有源晶振,以提供所需的隔热效果.需要高水平的清洁度来防止开放(未包裹)晶体空白的污染,并确保特殊的长期晶体老化.
该封装的关键设计特点采用了将空白精密晶体与混合微电子电路相结合的概念.在这样做时,获得良好的老化性能是至关重要的.出于这个原因,冷焊包装概念将空白形式的精密晶体与混合微电子电路相结合.在这样做的过程中,获得良好的老化性能是准备好的.因此,选择冷焊接封装而不是更传统的电阻焊接封装.冷焊密封在韧性金属表面之间提供了真正的冶金结合,而没有来自密封过程的额外热量.在通过焊接模具的压痕引入的高吨位压力下,材料的可塑性流动发生在配合表面上.最终结果是密封的外壳,没有焊接飞溅,灰尘和蒸汽的污染.而且,最重要的是,冷焊密封外壳可实现高水平的真空完整性.
机械地,混合电路和SMD晶振组件直接悬挂在高度绝缘的结构上,以最小化通过传导的热能损失.另外,整个组件通过真空在10-6托的压力水平下与外壳绝热.基于稳态热传导计算,该封装设计产生的热阻大于300摄氏度/瓦.EMXO制造工艺很有意思,工艺流程图如下图2所示.

基板采用厚膜丝网印刷技术制造,每个沉积层经受三个不同的工艺阶段-印刷,干燥和火焰.晶体夹子附着在具有高导热性的基板上的金导体迹线上.VECTRON晶振公司使用导电粘合剂将所有有源和无源元件安装在基板上,然后移至保护炉进行固化.在固化过程之后,清洁混合物以去除有机和非有机污染物.导线在混合电路上作为互连接合.然后用粘合剂将混合电路连接到冷焊组件上.最后,将空白晶体安装到夹子上,并通过蒸发过程调节到所需的标称频率,典型精度为1ppm.然后将这些单元冷焊密封.烤箱本身通过施加到导热基底的直接热传导来加热.显示了这种“开放空白”EMXO概念,并与传统的OCXO结构相比,如下图3所示.

对晶体支撑的影响.这种特征被称为’翻倒’并以10-9/g表示,其中一个g代表180度ori-entation变化的一半.为了最大限度地减少这种变化,并提高冲击和振动下的性能,晶体坯料安装在对称的安装结构中,而不是传统的2或3点.这有助于实现高冲击和振动耐久性水平,低g敏感性能和对称热传递.而且,当贴片振荡器工作并受到振动时,产生寄生频率,通过振动频率偏离振荡频率.这些通常被称为’振动引起的边带’,并且这些边带的行为类似于相位噪声.这些杂散输出的幅度与振动幅度,晶体支撑的机械设计以及振荡器组件的机械设计(包括晶体安装)有关.这里对称的晶体安装结构也有助于减少不必要的噪音.
AT和双旋转晶体均可用于EX-380系列.尽管许多类型的双旋转晶体在振动下产生的振幅低于AT,但这一特性主要取决于晶体和振荡器的机械设计,而不是特定的晶体切割.在许多应用中,Vectron在振荡器中使用双重旋转的晶振,以提供更低的相位噪声,更好的老化速率和降低的加速灵敏度.在不太关键的应用中,使用成本较低的AT切割晶体.

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