由加热器嵌入式陶瓷封装组成的小型化OCXO振荡器

由加热器嵌入式陶瓷封装组成的小型化OCXO振荡器

即将到来的无线通信(最近开放简称第五代,5G)和移动技术,预计将在高光谱纯度信号下运行沟通质量,低功率节点(OCXO晶振可以在室内或室外使用)通过实现满足5G应用需求的能力高密度的基础设施部署并提供成本效益系统设计者的替代方案,对参考振荡器的要求在小型电池技术中运行需要OCXO晶体振荡器紧密的阶段精度高,功耗低,封装尺寸小.本文报道了一个尺寸为9.7x7.5mm高度发展稳定的小型化烤箱控制OCXO晶体振荡器,由加热器嵌入陶瓷组成包装.

嵌入式加热器层建立对称热场要达到良好的温度均匀性保持烤箱稳定性并降低功耗,SC切割晶体用于所提出的小型化恒温晶振,进一步提高温度稳定性,老化和相位噪音,结果,这个9.7x7.5毫米的恒温晶振具有在-40℃至85℃范围内实现±3ppb的温度稳定性.传统的基于ASIC的OCXO采用了热量嵌入IC的源,导致热关于热源之间的不对称结构水晶和IC,这些产生了相对较大的热梯度石英晶体到IC,从而降低了烤箱控制的稳定性导致加热能力不足.

如图1(b)中的模拟结果所示嵌入式加热器产生的热源,热量晶体之间的对称温度分布(TX=94.6℃)和IC(TJ=94.8℃)相对于嵌入式加热器(TH=95℃)形成,但是,使用IC内部的加热器导致不对称热场,如图1(c)所示,该石英晶体振荡器TX和ICTJ的温度为91.2℃和95℃,分别,这是所需的更大功率因此,保持预期值的温度增加功耗和降低可靠性,当给定温度下降ΔT时给定功率P的热阻θ,如表1所示,石英晶体对环境的热阻θXA,加热器-晶体热-θHJ,加热器-晶体热阻θHX和结晶极θJX热所提出的热对称结构的电阻和传统的基于ASIC的不对称结构使用温度分布结果计算得出模拟.

θXA的结果表明是热的对称结构比8.1℃/W大不对称结构,注意,θXA可以表示为热效率应尽可能大对于OCXO振荡器,其次,θHJ和θHX可以被认为是在烤箱结构中的热均匀性,其中θHJ和θHX应尽可能相似,以实现更稳定烤箱控制能力,由于热对称配置,热阻差(θJX)之间θHJ和θHX仅为0.48℃/W.远小于此值不对称结构(9.05℃/W),通过增加目标温度来自不对称的受控电路结构,振荡器的温度变化与之相比期望值的补偿可以得到补偿,但是,这个温度增加可能引起额外的振荡.

小型化的OCXO晶振由加热器嵌入式陶瓷封装组成,安装在IC和两个石英晶体坯料上嵌入式加热器层(电阻元件)的两侧,嵌入式加热器层建立对称热场,以达到良好的热均匀性,保持烤箱稳定性并降低功耗,9.7x7.5mm恒温晶体振荡器的模拟模型,包括晶体空白和加热器嵌入式陶瓷封装中的IC,PCB基板和a覆盖,陶瓷封装的热分布图嵌入陶瓷封装(b)和IC(c)中.为了进一步提高温度稳定性,老化,和相位噪声开发了一种SC切割晶体提议的OCXO晶振.

总之已经形成了一个高度稳定的小型化振荡器,建立热对称结构这个概念可以毫不费力地扩展通过更换盖子和PCB来达到其他包装尺寸,除了嵌入式加热器设计外,还有在提出的OCXO中使用的SC-切割可以进一步改善严重的频率不稳定效应来自户外的气流状况由于其更高的温度稳定性和更低的频率超调.