Emerald OCXO实现Stratum 3E标准在精准度和稳定性上的突破

2018-12-10 16:57:09142700

 

电信领域最关键的参数是什么?


让我们从基础开始探讨——频率稳定性,这是振荡器最基本的规格之一。它反映了输出频率因外部条件变化而产生的偏差。频率稳定性的数值越小,意味着设备的性能越优越。对于恒温晶体振荡器(OCXO)而言,这一特性通常以十亿分之几(ppb)来衡量。


温度变化是导致频率偏差的主要因素之一。在下面的图示中,我们展示了当温度从-40°C升至+85°C,以及从+85°C降至-40°C(包括滞后效应)时,四种不同但类似规格设备的频率稳定性表现。这其中包括基于SiTime MEMS技术的Emerald OCXO(图中绿色线条所示)和三款基于石英的OCXO。结果显示,Emerald设备在这些条件下仅表现出1.5 ppb的频率稳定性,其性能优于最接近的竞争产品四倍之多。


通过这种直观的对比,可以看出SiTime的MEMS技术不仅在极端温度环境下提供了卓越的频率稳定性,同时也显著提升了整体系统性能,为用户带来了更加可靠和高效的解决方案。






Emerald Platform平台以其卓越的频率稳定性脱颖而出,这对于同步以太网(符合ITU-T G.8262标准)和IEEE 1588等同步应用至关重要。这种高稳定性确保了即使在系统处于保持模式或自由运行状态时,也能维持稳定的时钟信号,尤其是在网络故障情况下。然而,真正关键的是其在实际操作条件下的表现,如快速温度变化或其他可能影响时钟性能的动态环境。


频率与温度斜率(ΔF/ΔT),作为精密振荡器的一项关键指标,衡量了振荡器对每1°C温度变化的敏感度。该数值越低,表示频率随温度变化的偏差越小,因此性能更优。Emerald Platform产品在此方面表现出色,其温度系数仅为50 ppt/°C(ppt代表万亿分之一),展示了极高的温度稳定性。


下图对比了Emerald OCXO与三个基于石英的OCXO在ΔF/ΔT性能上的差异,清晰地展现了Emerald Platform如何在面对温度波动时提供更加稳定和可靠的时钟信号。这一特性不仅提高了系统的整体可靠性,也为需要极高精度的应用提供了坚实的基础。通过这些优势,Emerald Platform正引领着新一代高性能定时解决方案的发展方向。






电信系统依赖于高性能组件,这些组件在运行过程中会产生大量热量,通常需要通过冷却风扇来维持适宜的工作温度。随着处理器负载的变化以及风扇的启停,系统内部可能会经历显著的温度波动。然而,当系统的内部温度遭遇意外或极端的外部天气条件时,或是当风扇发生故障导致内部温度急剧上升时,情况将变得更加复杂。


那么,在这些极端情况下,如何确保系统的稳定性和可靠性呢?下图展示了Emerald平台和传统石英OCXO在标准工业工作温度范围内的表现对比。通过这一对比,可以清晰地看到Emerald平台即使在面对剧烈的温度变化时,依然能够提供卓越的频率稳定性。这不仅保证了电信系统在正常条件下的高效运作,同时也为应对突发状况提供了坚实的保障,确保了在任何环境下都能实现持续、可靠的性能。这种能力对于维护关键通信基础设施的稳定性和效率至关重要。







时域稳定性


从频域转换到时域,让我们聚焦于电信工程师关注的另一重要指标——Allan偏差(ADEV)。ADEV作为时域中振荡器稳定性的度量标准,常被称为短期频率稳定性。与标准偏差相比,ADEV能够更有效地收敛多种类型的振荡器噪声,包括相位调制、频率调制以及随机游走频率等问题。Emerald设备在此方面表现卓越,其ADEV值达到2e-11(平均时间为10秒),展现了惊人的稳定性和一致性。


下图展示了Emerald设备在存在气流和无气流条件下的性能对比。通过这一比较,我们可以清楚地看到Emerald平台即使在不同的操作环境下,依然能够保持出色的稳定性,确保了系统的高精度与时效性。这种优异的性能不仅提升了整体系统的可靠性,也为应对复杂多变的实际应用环境提供了强有力的支持。选择Emerald设备,意味着选择了顶级的时域稳定性解决方案,为您的项目成功保驾护航。



    用于电信应用的其他常见定时稳定性指示符包括TDEV(时间偏差)和MTIE(最大时间间隔误差)。在没有和没有气流的情况下,Emerald OCXO在指定的ITU-T G.8262 EEC2掩模组中表现良好,作为这些测量的标准


超越温度变化的稳健性


除了能够耐受气流和快速温度变化外,Emerald OCXO(恒温振荡器)几乎不受振动影响,而振动同样会导致频率的不稳定性。这种高度的弹性对于电信设备尤为重要,尤其是在户外部署时,因为风力、重型车辆以及火车等都可能成为振动源。Emerald Platform产品的卓越表现体现在其仅0.1 ppb/g的偏差率,使其成为户外杆式安装的理想选择。


此外,除了外部因素对振荡器稳定性的潜在影响,内部老化现象也不容忽视。即使在外界环境条件不变的情况下,随着时间推移,振荡器的频率也会发生变化,这一过程被称为“老化”。Emerald OCXO在这方面表现出色,提供每日±0.25 ppb的老化率,并且在20年内的老化总量不超过+500 ppb。


Emerald Platform产品还具有抗湿性,因此无需像传统石英OCXO那样需要额外的密封措施来防止泄漏。加之其内置稳压器的设计,使得这些器件对外部电源波动也具有免疫力。



解决快速变化条件下的长期挑战


Emerald Platform设计用于抵御各种动态条件,确保在石英OCXO难以维持稳定的恶劣环境中依旧保持卓越性能。这使得电信设备制造商无需再担忧定时组件会成为系统中最脆弱的部分。同时,服务提供商也可以减少因晶振问题导致的系统故障和服务中断的顾虑。Emerald OCXO能够在不同批次间及不同环境下提供一致且可靠的性能表现。


(1)Stratum 3时钟要求在20年内自由运行稳定性为±4.6 ppm,在任何条件下24小时内的保持规格为±0.37 ppm(±370 ppb)。Stratum 3E作为Stratum 3的一个更精确版本,虽然共享相同的±4.6 ppm自由运行稳定性,但在24小时保持规格上提升至±0.012 ppm(±12 ppb),比Stratum 3更加严格37倍。


(2)保持模式是指系统失去外部精确频率或时间参考信号后,使用本地振荡器继续维持稳定频率或时间的能力。在这种情况下,本地振荡器应在系统定义的限制内保持稳定。



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