温度补偿振荡器(TCXOs)用于通常要求频率稳定性为5ppm或更高的系统中的频率基准.一般来说,这些系统的频率精度必须保持在一个时序预算内,该预算考虑到所有因素导致的TCXO晶振频率漂移,包括整个系统工作寿命期间的工作温度,电源电压,输出负载和老化.业界通常定义一组频率稳定性参数,以量化环境因素和电路条件对基准振荡器的影响.本文件解释了SiTime TCXO数据表中的频率稳定性规格,以及如何计算频率精度限值.

温度稳定性和频率精度

SiTime TCXO数据手册包括以下频率稳定性规格:初始容差(F_init)是室温(例如25±3℃)下与标称频率的频率偏差.它是在典型电源电压和输出负载条件下测量的,器件安装在印刷电路板上.初始容差的主要成分是SiTime工厂温度校准后的残留频率误差和印刷电路板焊接引起的频率偏移.

通过在印刷电路板回流组装过程后使用电压控制TCXO(VC-TCXO晶振)和频率校准,可以将初始容差对系统时序预算的影响降至最低.

温度稳定性(F_stab)表征环境温度变化引起的频率漂移,并指定为整个工作温度范围内峰峰值频率偏差的一半.

电源电压稳定性(F_vdd)规定了电源电压变化引起的频移,对于2.5V至3.3VVDD,频移在±10%以内,对于1.8VVDD,频移在±5%以内.

输出负载稳定性(F_load)规定了输出引脚上负载电容差异引起的频率偏移,LVCMOS输出振荡器最高可达15pF.

总频率精度(F_total)计算为上述所有参数的总和.例如,温度稳定性为2.5ppm的SiT5000VCTCXO的总频率精度为:F_total=F_init+F_stab+F_vdd+F_load=1+2.5+0.05+0.1=3.65ppm.

通过使用VC-TCXO振荡器选项,可以通过系统校准降低初始容差,从而获得更高的总频率精度:F_total=F_stab+F_vdd+F_load=2.5+0.05+0.1=2.65ppm

在使用TXCO的应用中,温度稳定性通常是频率误差的主要来源.与室温下的频率偏移不同,使用简单的校准方案无法消除温度漂移.

老化和频率精度

即使在恒定的工作条件下,由于器件内部的变化,TCXO频率也会随时间推移而变化.系统预算中需要一个随时间推移的频率偏移的附加参数.最常用的参数是第一年老化和10年老化.

第一年老化规定了在恒定有源晶振电源电压和工作温度(通常为25℃)下连续工作一年后,相对于初始频率的频移极限

10年老化规定了在恒定运行条件下连续运行10年后,相对于初始频率的频移极限.10年老化规范是从9至18个月或更长时间内对一组具有统计意义的样本进行的频率测量中推断出来的数字.

计算包括1年或10年老化的总频率精度:总频率=初始频率+稳定频率+直流频率+负载频率+老化频率.

例如,SiT50002.5ppmVCTCXO的第一年老化为1.5ppm.然后,总频率精度可以计算为:F_total=F_init+F_stab+F_vdd+F_load_F_ageing=1+2.5+0.05+0.1+1.5=5.15ppm.同一VCTCXO的10年老化为3.5ppm,这导致10年内总频率精度为7.15ppm.

对TCXO晶振器件和系统校准使用相同的电压调谐选项可以在频率精度预算中实现更严格的限制.例如,移除印刷电路板组装后的初始公差,并在产品寿命期间定期校正老化相关的频移,将提高精度.