EMXO真空微型晶體振蕩器有哪些特點?
來源：http://m.tuanchewang.com 作者：康華爾電子 2019年07月05
如今市面上的振蕩器料號,類型和品牌多到眼花繚亂,而且應(yīng)用的產(chǎn)品范圍差不多,使采購們都有了選擇恐懼癥,除了常規(guī)我們比較熟悉的XO,VCXO,TCXO,OCXO,VC-TCXO之外,還有一種EMXO的振蕩器類型,全名叫做真空微型晶體振蕩器,來自美國的Vectron International宣布在石英晶體振蕩器設(shè)計方面取得技術(shù)突破,推出真空微型晶體振蕩器(EMXO™).它與傳統(tǒng)的振蕩器有什么區(qū)別,有哪些優(yōu)勢,請閱讀本篇文章.
這些特性齊頭并進(jìn),因為減小封裝尺寸可以更容易地改善功耗.首先,使包裝的體積盡可能小,以減小烤箱需要加熱的體積.其次,需要使用最有效的絕緣材料.在EX-380系列中,Vectron已經(jīng)完成了這兩項工作.該封裝設(shè)計為單個DIP尺寸為0.82’x0.52”x0.3’,振蕩器使用真空作為絕緣介質(zhì)-與傳統(tǒng)的泡沫塑料或基于纖維的絕緣材料相比有了顯著的改進(jìn).Vectron努力減小尺寸的另一個重要因素并且仍然提供’烤箱振蕩器’的性能是為了消除大包裝晶體的使用,到目前為止,必須使用它來實現(xiàn)良好的老化.相反,使用開放式晶體坯料的方法被發(fā)現(xiàn)并且變得實用.Vectron已經(jīng)成功地解決了可能降低性能的除氣和污染問題.要做到這一點,需要制造具有高內(nèi)部真空水平,內(nèi)部除氣率低的有源晶振,以提供所需的隔熱效果.需要高水平的清潔度來防止開放(未包裹)晶體空白的污染,并確保特殊的長期晶體老化.
該封裝的關(guān)鍵設(shè)計特點采用了將空白精密晶體與混合微電子電路相結(jié)合的概念.在這樣做時,獲得良好的老化性能是至關(guān)重要的.出于這個原因,冷焊包裝概念將空白形式的精密晶體與混合微電子電路相結(jié)合.在這樣做的過程中,獲得良好的老化性能是準(zhǔn)備好的.因此,選擇冷焊接封裝而不是更傳統(tǒng)的電阻焊接封裝.冷焊密封在韌性金屬表面之間提供了真正的冶金結(jié)合,而沒有來自密封過程的額外熱量.在通過焊接模具的壓痕引入的高噸位壓力下,材料的可塑性流動發(fā)生在配合表面上.最終結(jié)果是密封的外殼,沒有焊接飛濺,灰塵和蒸汽的污染.而且,最重要的是,冷焊密封外殼可實現(xiàn)高水平的真空完整性.
機(jī)械地,混合電路和SMD晶振組件直接懸掛在高度絕緣的結(jié)構(gòu)上,以最小化通過傳導(dǎo)的熱能損失.另外,整個組件通過真空在10-6托的壓力水平下與外殼絕熱.基于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)計算,該封裝設(shè)計產(chǎn)生的熱阻大于300攝氏度/瓦.EMXO制造工藝很有意思,工藝流程圖如下圖2所示.
基板采用厚膜絲網(wǎng)印刷技術(shù)制造,每個沉積層經(jīng)受三個不同的工藝階段-印刷,干燥和火焰.晶體夾子附著在具有高導(dǎo)熱性的基板上的金導(dǎo)體跡線上.VECTRON晶振公司使用導(dǎo)電粘合劑將所有有源和無源元件安裝在基板上,然后移至保護(hù)爐進(jìn)行固化.在固化過程之后,清潔混合物以去除有機(jī)和非有機(jī)污染物.導(dǎo)線在混合電路上作為互連接合.然后用粘合劑將混合電路連接到冷焊組件上.最后,將空白晶體安裝到夾子上,并通過蒸發(fā)過程調(diào)節(jié)到所需的標(biāo)稱頻率,典型精度為1ppm.然后將這些單元冷焊密封.烤箱本身通過施加到導(dǎo)熱基底的直接熱傳導(dǎo)來加熱.顯示了這種“開放空白”EMXO概念,并與傳統(tǒng)的OCXO結(jié)構(gòu)相比,如下圖3所示.
對晶體支撐的影響.這種特征被稱為’翻倒’并以10-9/g表示,其中一個g代表180度ori-entation變化的一半.為了最大限度地減少這種變化,并提高沖擊和振動下的性能,晶體坯料安裝在對稱的安裝結(jié)構(gòu)中,而不是傳統(tǒng)的2或3點.這有助于實現(xiàn)高沖擊和振動耐久性水平,低g敏感性能和對稱熱傳遞.而且,當(dāng)貼片振蕩器工作并受到振動時,產(chǎn)生寄生頻率,通過振動頻率偏離振蕩頻率.這些通常被稱為’振動引起的邊帶’,并且這些邊帶的行為類似于相位噪聲.這些雜散輸出的幅度與振動幅度,晶體支撐的機(jī)械設(shè)計以及振蕩器組件的機(jī)械設(shè)計(包括晶體安裝)有關(guān).這里對稱的晶體安裝結(jié)構(gòu)也有助于減少不必要的噪音.
AT和雙旋轉(zhuǎn)晶體均可用于EX-380系列.盡管許多類型的雙旋轉(zhuǎn)晶體在振動下產(chǎn)生的振幅低于AT,但這一特性主要取決于晶體和振蕩器的機(jī)械設(shè)計,而不是特定的晶體切割.在許多應(yīng)用中,Vectron在振蕩器中使用雙重旋轉(zhuǎn)的晶振,以提供更低的相位噪聲,更好的老化速率和降低的加速靈敏度.在不太關(guān)鍵的應(yīng)用中,使用成本較低的AT切割晶體.
當(dāng)頻率與溫度要求過于嚴(yán)格而無法通過基本XO(晶體振蕩器)或TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)來滿足時,使用OCXO(烘箱控制晶體振蕩器).使用OCXO時,晶體和臨界電路的溫度會隨著振蕩器外部溫度的變化而保持恒定.用烤箱控制振蕩器內(nèi)的溫度可保持恒溫.在OCXO晶振中,感測環(huán)境溫度的變化,然后將其反饋到烤箱控制器,該控制器在振蕩器外殼內(nèi)持續(xù)保持恒定的最佳溫度.OCXO可以將晶體的固有穩(wěn)定性提高5000倍以上.烤箱控制系統(tǒng)并不完美,開環(huán)增益不是無限的,烤箱內(nèi)部有內(nèi)部溫度梯度(振蕩器),而在傳統(tǒng)的烤箱中,烤箱外殼的電路會受到環(huán)境溫度變化的影響.’拉’頻率.
與XO或TCXO相比,傳統(tǒng)OCXO的溫度穩(wěn)定性能得到了極大的提升.例如,OCXO功耗大于200倍.還有一個尺寸考慮因素.在普通的OCXO中,將晶體封裝在金屬外殼中,然后將其與溫度敏感電路一起放入烤箱外殼中,然后用隔熱材料包圍.然后將所有這些以及任何附加電路放置在金屬外殼中,制成龐大的封裝,這變得非常難以小型化.為了克服這些障礙,EX-380系列EMXO(真空微型烤箱控制晶體振蕩器)專門開發(fā)用于實現(xiàn)OCXO性能,同時顯著降低功耗并減小封裝尺寸(見圖1).
該封裝的關(guān)鍵設(shè)計特點采用了將空白精密晶體與混合微電子電路相結(jié)合的概念.在這樣做時,獲得良好的老化性能是至關(guān)重要的.出于這個原因,冷焊包裝概念將空白形式的精密晶體與混合微電子電路相結(jié)合.在這樣做的過程中,獲得良好的老化性能是準(zhǔn)備好的.因此,選擇冷焊接封裝而不是更傳統(tǒng)的電阻焊接封裝.冷焊密封在韌性金屬表面之間提供了真正的冶金結(jié)合,而沒有來自密封過程的額外熱量.在通過焊接模具的壓痕引入的高噸位壓力下,材料的可塑性流動發(fā)生在配合表面上.最終結(jié)果是密封的外殼,沒有焊接飛濺,灰塵和蒸汽的污染.而且,最重要的是,冷焊密封外殼可實現(xiàn)高水平的真空完整性.
機(jī)械地,混合電路和SMD晶振組件直接懸掛在高度絕緣的結(jié)構(gòu)上,以最小化通過傳導(dǎo)的熱能損失.另外,整個組件通過真空在10-6托的壓力水平下與外殼絕熱.基于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)計算,該封裝設(shè)計產(chǎn)生的熱阻大于300攝氏度/瓦.EMXO制造工藝很有意思,工藝流程圖如下圖2所示.
AT和雙旋轉(zhuǎn)晶體均可用于EX-380系列.盡管許多類型的雙旋轉(zhuǎn)晶體在振動下產(chǎn)生的振幅低于AT,但這一特性主要取決于晶體和振蕩器的機(jī)械設(shè)計,而不是特定的晶體切割.在許多應(yīng)用中,Vectron在振蕩器中使用雙重旋轉(zhuǎn)的晶振,以提供更低的相位噪聲,更好的老化速率和降低的加速靈敏度.在不太關(guān)鍵的應(yīng)用中,使用成本較低的AT切割晶體.
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