MTI-MillirenTechnologies,Inc.作为铷振荡器的替代品而设计和开发的10,0005MHz260系列振荡器样品的统计结果证实了这种超稳定恒温式石英晶体振荡器的成功大批量生产.将给出各种性能参数的结果,包括热稳定性,老化,相位噪声和短期稳定性.

导言

本文是频率控制研讨会上提出的“一种在许多方面与铷振荡器性能相当的高精度石英振荡器”的补充.自推出以来,260系列振荡器已发展成熟,大批量生产司空见惯.MTI-Milliren晶振振荡器采用50.8mmx50.8mmx30.1mm封装,旨在满足许多定制规格.由于每个需求的性能规格不同,因此提供的数据必要时,将其归一化,以便对所获得的结果提供更有意义的见解.提交的数据由制造部积累并存储在电子数据库中.

表1

试验准则和静态结果

制造环境中的测试标准

是为了满足客户的规格.一旦达到规格要求,就不需要进一步测试来改善OSC晶振振荡器的性能,因为这只会增加产品的制造成本.这种生产环境的伪像在热稳定性和老化测量结果中最为显著,其中大部分分布存在于产品规格极限处.

为了实现精确测量,高性能HP铯时钟用作所有测试系统的频率基准.为了确保在大规模生产中收集的数据的完整性,在开发测试设备和测量方法时给予了大量的设计考虑.

热稳定性

图1

图2

图1,图2和图3显示了三组260系列振荡器在不同规格下的热稳定性系数.图1显示了在75°C的环境温度范围内按2E-10规格进行测试的组的结果.该组器件的平均性能为2.2E-12/°C.第二组在90°C范围内测试2E-10,平均值为2.1E-12/°C,如图2所示.第三组,如图3所示,包括针对特定2E-10在100°C环境下的工作情况温度范围.这一组的平均成绩是1.6E-10.

图3

老化

在装运前,大约每两小时收集一次所有单元的老化数据,为期至少5天.利用对数型方程对数据进行曲线拟合,确定日老化斜率.

图4

图5

设备通常在达到老化速率规格后立即发货,对于大多数测试石英晶振产品,老化速率规格为5e-11/天.这在图4所示的老化分布图中进行了描述.图5显示了实现所需规格所需的天数.但是,生产超支可能会在老化系统上持续很长一段时间.

输出电平和谐波

图6

图7

电路中的元件参数分布,并且不是受生产过程中所做的任何调整影响的测量结果,因此该性能参数的结果类似于钟形曲线DIS贡品.(图6和后面的图11所示数据中的间隙不是真实的,而是直方图生成例程的异常.)

相位噪声,L(f)

图8,9和10分别显示了1Hz,100Hz和100kHz晶振失调下的相位噪声性能.测量使用HP3048相位噪声系统.所示数据反映了仪器记录的相同噪声源校正结果.失调为1Hz时,平均性能为–113dBc/Hz.

图8

图9

图8中的数据既是对石英噪声性能的研究,也是对测试数据的解释.数据表明峰值位于-108,-110,-113,-115和-118dBc/Hz.这很可能是由于测量结果的图形输出显示在5dB网格上,标记每增加2.5dB.HP3048进行的100kHz偏移相位噪声测量包含更多数据点.因此,数据具有更大的统计确定性,从而导致更平滑更容易解释的情节.此外,控制100kHz失调性能的电路元件中的噪声方差远小于贴片晶振噪声方差.结果,曲线图显示了记录的测试结果中的较小的方差和典型的钟形曲线分布.

图10

短期稳定性

利用HP3048系统软件从相位噪声测量中推导出了系统的短期稳定性.性能分布如图11所示.平均短期稳定性为1.1e-12在1秒.

图11

连续功率

连续功率取决于恒温晶振的工作温度和环境温度.260系列产品的连续功率分配如图12所示.室温下测得的平均连续功率为2.7W.通过电路设计考虑和减小封装尺寸,可以实现低功耗.

图12

调谐系数

图13显示了振荡器调谐系数的归一化分布.图中所示的两种分布主要是由于产品中使用了两种不同类型的调谐网络.所有单元的调谐电压范围为0～6V,斜率均为负值.

图13

摘要

表1汇总了所测各种性能参数的测试数据.所提供的数据验证了所使用的设计,制造和测试方法,确保了超稳定260系列石英晶体振荡器在大批量生产中的可预测性和可重复性.