由于5G基础设施部署在密度较大且控制较少的位置,因此在高温和其他恶劣条件下的恢复能力在下一代通信系统中变得越来越重要.由于振荡器在高温下"保持凉爽",SiTime晶振的定时技术可提供安装在恶劣环境中的设备所需的稳健性.
TCXO和OCXO用于需要高稳定性频率参考的蜂窝基站等应用.由于可能存在冷却系统故障,因此在此类事件中使用能够承受高温并保持系统功能的定时解决方案非常重要.除了持久的故障条件外,OCXO和TCXO的扩展温度操作可以使系统更加强大和可靠,或根本不需要冷却风扇.
想象一下,在一个只有一个蜂窝塔的偏远地区,当无线基础设施发生故障时需要拨打紧急电话!失败可能是由同步和定时问题引起的,因为每个新一代无线通信的时序要求都会受到更大的压力.

与主机系统中的电子组件相比,具有较低MTBF的这些冷却风扇仍然不是故障安全的并且可能由于多种原因而发生故障.由于存在这种风险,因此了解关键组件(例如为系统提供心跳的振荡器)在故障条件下的行为方式非常重要.
推动极限
为此,我们推动了各种振荡器的极限,测量超出额定工作范围的稳定性.我们测试了额定温度为+85°C的温补晶振器件并将其推至+125°C,并测试了额定温度为+85°C,最高温度为+105°C的OCXO.以下图表显示了在这些较高温度下性能下降的结果.在每次测试中,我们将SiTimeMEMS振荡器(用绿线表示)与来自不同供应商的石英振荡器进行比较,所有这些都在同一类别中且具有相同的温度额定值.为了使比较更容易,每个器件的值在+85°C时从它们的频率开始,从同一点开始.

上图显示了五个工业级TCXO器件在+85°C至+125°C的频率稳定性.基于MEMS的SiT5356 Elite Platform™Super-TCXO几乎没有降级.相比之下,石英晶振TCXO的稳定性降低到数万ppb范围.
由于石英振荡器中的频率偏移非常极端,我们在上面的垂直y轴上显示出非常宽的偏移范围.在下图中,我们放大显示相同的测试,但在y轴上具有不同的比例,以更好地显示石英基器件的稳定性如何在额定温度范围之外快速降低.

如上所示,通过以ppb(十亿分之一)为单位的偏移来测量的频率稳定性是有源晶振振荡器的关键性能规范.精密振荡器的另一个重要指标是频率与温度斜率(ΔF/ΔT).在需要使用IEEE1588进行时间和频率传输的系统中,更好的ΔF/ΔT有助于改善时间误差.
下图显示了相同的五个工业级TCXO器件的+85°C至+125°C的斜率(ΔF/ΔT).这些值再次被称为+85°C时的频率偏移.同样,石英基器件的稳定性在额定温度之外迅速降低.的频率变化增大从10ppb的/速率°Ç85之间°C和95°C到近3000ppb的/°下在125°下与此相反,基于MEMS的SiT5356示出了斜率这是优于2PPB/°C到105°C和增加到刚刚8ppb的/°下以125°C.从+85°C到125°C的总频率变化仅为50ppb.

我们在测试OCXO晶振设备时会看到类似的行为,如下图所示.在这里,我们比较了四个工业级OCXO器件的性能,从+85°C到+125°C.石英器件的稳定性在温度超过额定温度范围后开始降低,而基于MEMS的SiT5711EmeraldPlatform™OCXO可保持稳定性.
下面,我们表明ΔF/Δ?相同的从85四个工业级OCXO设备°C到125°C的频率斜率的石英器件的劣化达到30ppb的/°C.相反,MEMS振荡器的基于SiT5711的OCXO可保持额定稳定性,最高可达+105°C,斜率小于0.5ppb/°C.

当需要精确的稳定性时-就像无线基础设施设备一样-设计人员经常转向温补晶振和OCXO(烤箱控制振荡器**).这些振荡器设计用于在温度变化时提供更好的频率稳定性.高温和高温变化是造成振荡器不稳定的主要原因.然而,TCXO和OCXO很难在额定工作温度高于+85°C时找到,通常被认为是工业应用的上限.

85°C可能看起来很高,但在当今更密集的操作环境中,系统机箱中的环境温度会迅速升高.例如,电信和网络设备在密集的热环境中运行.这些系统中的许多系统使用主动冷却-无刷直流风扇,这是最常用的-将温度保持在规定的工作范围内.

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