深入分析SiTime Elite Super-TCX0

2021-09-06 14:20:441800


Elite的Super-TCXO系列是如何构成的?


Elite Super-TCXO系列最初包括具有不同的频率稳定性等级和频率覆盖五个设备。

Unknown.png




所有Elite Super-TCXO都具备卓越的动态性能,在常见环境危害的条件下提供最稳定的时钟。此外,所有的Elite Super-TCXO在VC-TCXO操作模式下具有的可程序设计拉动范围可以达到±6.25 ppm、±12.5 ppm与±25ppm。



为什么称这些为Super-TCXO?

在真实工作条件下,Super-TCXO具有出色的动态性能。石英TCXO的一个关键问题是不能满足常见环境条件下实际系统的性能规格。Elite Super-TCXO设计用于在环境危害,如冲击、振动、气流和嘈杂电源的情况下保持额定性能规格,如稳定性、相位噪声、抖动和艾伦偏差。Elite Super-TCXO的动态稳定性有助于在直接影响使用者体验的情况下提供稳定的系统性能,例如减少手机呼叫掉线。


使用Elite Super-TCXO时客户的主要收益是什么?

(1)减少各种情况下掉线链路损耗
(2)消除TCXO故障减少现场服务费用
(3)利用最佳的功能和性能简化系统设计



Elite Super-TCXO的目标应用是哪些?

(1)SONET / SDH Stratum3和Stratum4
(2)同步以太网(G.8262,选项1和2)
(3)小基站,家庭基站 (Femtocells)
(4)同步以太网
(5)IEEE 1588
(6)光传送(OTN,OLT等)
(7)微波回程
(8)CMTS(电缆头端和视频配电设备)
(9)COSPAS/SARSAT
(10)宽带卫星
(11)测试仪器
(12)工业GNSS
(13)基于GNSS的自动驾驶



在这些应用中Elite Super-TCXO都解决了客户的哪些问题?

(1)IEEE 1588应用通常使用OCXO,但是OCXO体积非常大,具有较高的功耗,并且需要对电路板布局和系统位置做出特殊考虑,以确保其具有最佳性能。相比基于石英的OCXO,Elite Super-TCXO只具有其一半安装面积和三分之一的功率。Elite Super-TCXO可以安置在PCB的任何地方,简化了系统设计。
(2)在许多户外设备类型的应用中,如小基站和微波回程,当经受温度扰动或气流时,石英振荡器便无法维持其应有的精度和稳定性。Elite Super-TCXO能够在所有工作条件下提供稳定的时钟性能,从而实现最佳的系统级性能。
(3)在工业和汽车导航系统的应用中,当GNSS接收器振荡器经受温度变化、冲击、振动和活动骤降时,定位精度的维持就非常困难。Elite产品能够消除活动骤降并能提供卓越的抗冲击和振动性能。Elite Super-TCXO支持GPS系统,无论环境压力如何,都能保持其定位的精度,缩短卫星锁定时间。



SiTime收到了关于Elite Super-TCXO的哪些客户回馈?

(1)所有环境下的GPS应用中,都具有最佳相位噪声性能
(2)无与伦比动态性能,在现实工作环境中这是确保系统级性能的关键条件,同时,动态性能也是石英TCXO长期面临的一个问题
(3)消除活动骤降和微跳动便可保证系统性能在任何温度下的正常运行,而不需要其他昂贵的接入TCXO测试
(4)数字化特性,如减少BOM和简化设计的I2C
(5)更优异的电源噪声抑制能力通过消除专用LDO减少BOM



Elite Super-TCXO和石英TCXO的主要区别是什么?

Elite Super-TCXO通过在气流、温度快速变化、机械冲击、振动、EMI和电源噪声的环境下提供稳定时钟带来了优异动态特性。Elite产品还提供了许多特性,如通过I2C使用数字控制提供多协议支持并简化系统设计。



对于关键性电信规范,如ADEV,TDEV和MTIE,Elite Super-TCXO动态性能又如何?

Elite Super-TCXO设计可耐受如空气流动,热冲击和振动的环境压力。下面的Elite动态性能示例展示了性能区别。与业界最优的±50 ppb石英TCXO对比,基于CPU的系统的标准冷却风扇产生的气流条件下,比较ADEV,TDEV和MTIE曲线。


1743559463814102.png



Elite Super-TCXO如何实现其动态性能?石英TCXO能否做到?

具有TurboCompensation功能,创新DualMEMS架构的Elite Super-TCXO旨在提供卓越的动态性能。
此架构基于世界上最精确的硅温度传感器。该温度感应方案包括在同一芯片上造出的两个MEMS谐振器(该独特结构只能采用半导体,无法用石英实现)。一个谐振器设计具有对温度不敏感的频率特性;第二个MEMS谐振器对温度变化十分敏感,作为一个温度传感器使用。这两个谐振器之间的频率比能以30μK分辨率够提供精确的谐振器温度读数。
这种DualMEMS设计消除了谐振器和温度传感器之间的热梯度。在MEMS谐振器和MEMS温度传感器之间没有滞后,因为两个谐振器物理意义上安装与同一芯片基板,因此他们之间具有100%的热耦合性


Unknown-1.png



这种精确的DualMEMS温度感应结构与CMOS IC上最先进的温度补偿电路结合在一起。MEMS芯片安装在混合信号振荡器集成电路的顶部,产生了MEMS和CMOS IC芯片之间的紧密耦合。TurboCompensation的设计,与数百Hz下运行的补偿带宽,实现了远优于任何石英TCXO的动态性能。


因为DualMEMS共享相同的基板,它们是非常紧密耦合的。此外,DualMEMS芯片是物理堆栈在振荡器/ PLL IC的顶部的,从而创造了MEMS与CMOS IC之间的紧密耦合。借助这一紧密耦合配置,Super-TCXO可以感知到相比基于石英解决方案更快地瞬变温度补偿。



Unknown-2.png


由于使用距离谐振器较远的振荡器集成电路上的离散温度传感器,石英TCXO的性能受到了根本上的限制。石英晶体安装在焊盘上并且连接到所述振荡器集成电路过孔上。谐振器和振荡器IC之间必须保持一定分离,晶体才可以自由地振动。


谐振器和一个单独的温度传感器之间缺少晶体热耦合,导致不会出现循环稳定性问题,并且更快的温度补偿回路无法设计出来。其结果是,基于石英的TCXO通常具有5至10Hz的补偿带宽,不足以跟踪迅速变化,并且当面对气流和/或温度的扰动时易引起突发性跳频。

    


Elite DualMEMS架构可提供石英不具备的额外动态性能:
(1)由于MEMS谐振器的面积小,架构具备优异的抗冲击和抗振动性能——MEMS谐振器通常为石英谐振器质量的1/3000
(2)消除活动骤降和微跳跃,MEMS谐振器设计上不具备任何杂散信号模式
(3)具有优异的老化特性,因为MEMS谐振不具备已知的老化机制
(4)由于精心打造的内部电压调节链,MEMS对电源电压波动和噪声具有更好的抗性



了解更多温补振荡器的信息

了解更多恒温振荡器的信息





点赞
微信分享
链接分享
复制成功

sitimechina.com ©北京晶圆电子有限公司 版权所有 京ICP备13034140号-2