許多數字應用依賴冷卻系統來將工作溫度保持在設計限值內,工業石英晶體振蕩器應用的工作溫度通常為-40℃至+85℃.但是冷卻系統可能會出現故障,例如,如果風扇出現故障,這可能會導致環境溫度升高到系統設計限值以上,在某些情況下達到或超過+125℃.理想情況下,系統應在這些故障條件下保持正常運行.對于許多系統來說,持續的連續操作是至關重要的,例如,蜂窩基站應該維持支持緊急呼叫的基本服務.因此,系統設計者應該選擇組件來實現最大的可靠性.
任何數字系統最重要的組件之一就是石英晶體振蕩器.它為整個系統提供同步信號,因此有時被稱為"系統的心跳"就像人體內的心臟一樣,振蕩器的故障會導致整個系統失靈.
汽車級晶體振蕩器(XO)的工作溫度最高可達+125℃,可滿足許多應用的要求.但是像溫度控制晶體振蕩器和烤箱控制晶體振蕩器這樣工作在+85℃以上的精密振蕩器很少見,也很難找到.對于某些應用,如同步以太網(SyncE),IEEE1588和向蜂窩基站提供回程服務的電信邊界/從時鐘,了解這些設備在其額定溫度范圍之外的行為非常重要,以便確定系統在故障條件下可以在多大程度上維持服務.
2,石英基陶瓷和陶瓷的穩定性退化
基于硅微機電系統的TCXO和OCXO器件以及基于石英的TCXO晶振和OCXO器件在溫度上限之外進行了測試,以研究它們的行為.額定溫度為+85℃的TCXO器件測試溫度為+125℃;額定溫度為+70℃的器件測試溫度為+105℃.額定溫度為+85℃的OCXO器件測試溫度為+105℃
圖1顯示了TCXO器件的穩定性結果.石英晶振基器件的穩定性在額定溫度極限之外迅速下降.頻率變化率從+85℃到+95℃之間的10ppb/C增加到+125℃時的幾乎3000ppb/C.相比之下,基于微機電系統的SiTiMEElitePlatformSuperTCXO器件(SiT5356)以高于2ppb/C至+105°C的頻率與溫度斜率(δF/δT)優雅地改變頻率,在+125°C時僅增加至8ppb/C.從+85°C至125°C的總頻率變化僅為50ppb.
SiTime晶振時序解決方案是容錯和擴展溫度系統的最佳選擇.如果溫度超出其額定范圍,石英基溶液會迅速失去穩定性.在同步應用程序中,這種穩定性下降可能有幾個影響,具體取決于下降的嚴重程度.對于本地振蕩器的大幅度降級,鎖相環可能會解鎖,導致完全同步丟失和系統故障,包括掉線和數據丟失.頻率穩定性下降也意味著類似的頻率斜率增加.本地振蕩器每1攝氏度的溫度變化頻率變化更快.這意味著在低帶寬鎖相環(如同步鎖相環)跟蹤之前,會積累更多的誤差.這導致數據傳輸中出現偏離規范和多次滑動.
對于IEEE1558應用,這種頻率斜率下降表現為動態時間誤差下降.時間誤差的累積速度快于低帶寬IEEE1588環路所能趕上的速度,并且超過了規格.對于基站,這導致掉話或呼叫惡化
質量.
一般來說,由于冷卻系統故障導致的溫度快速升高會將高頻與溫度的斜率轉變為高頻與時間的斜率,這將導致許多系統出現故障.同步應用,如同步和IEEE1588,對系統時鐘石英晶體振蕩器頻率變化有高通頻率響應,系統時鐘頻率的快速變化不會被跟蹤并將對同步鎖相環的輸出頻率和整體系統性能產生直接的有害影響.
與石英貼片晶振器件相比,SiTime基于微機電系統的精英平臺超TCXOs和祖母綠平臺地層3EOCXOs具有優美的低δF/δT變化.即使溫度發生變化,也可以避免大頻率瞬變.即使在額定溫度范圍之外運行,低穩定性降級也可以防止系統解鎖,并在時間誤差規格內保持性能.
這種對高溫和快速熱變化的免疫力,加上SiTime微機電系統振蕩器對沖擊和振動的固有彈性,使這些時序解決方案能夠保持額定穩定性,并提供連續的系統運行.
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