MTI-MillirenTechnologies,Inc.作為銣振蕩器的替代品而設計和開發的10,0005MHz260系列振蕩器樣品的統計結果證實了這種超穩定恒溫式石英晶體振蕩器的成功大批量生產.將給出各種性能參數的結果,包括熱穩定性,老化,相位噪聲和短期穩定性.

導言

本文是頻率控制研討會上提出的“一種在許多方面與銣振蕩器性能相當的高精度石英振蕩器”的補充.自推出以來,260系列振蕩器已發展成熟,大批量生產司空見慣.MTI-Milliren晶振振蕩器采用50.8mmx50.8mmx30.1mm封裝,旨在滿足許多定制規格.由于每個需求的性能規格不同,因此提供的數據必要時,將其歸一化,以便對所獲得的結果提供更有意義的見解.提交的數據由制造部積累并存儲在電子數據庫中.

表1

試驗準則和靜態結果

制造環境中的測試標準

是為了滿足客戶的規格.一旦達到規格要求,就不需要進一步測試來改善OSC晶振振蕩器的性能,因為這只會增加產品的制造成本.這種生產環境的偽像在熱穩定性和老化測量結果中最為顯著,其中大部分分布存在于產品規格極限處.

為了實現精確測量,高性能HP銫時鐘用作所有測試系統的頻率基準.為了確保在大規模生產中收集的數據的完整性,在開發測試設備和測量方法時給予了大量的設計考慮.

熱穩定性

圖1

圖2

圖1,圖2和圖3顯示了三組260系列振蕩器在不同規格下的熱穩定性系數.圖1顯示了在75°C的環境溫度范圍內按2E-10規格進行測試的組的結果.該組器件的平均性能為2.2E-12/°C.第二組在90°C范圍內測試2E-10,平均值為2.1E-12/°C,如圖2所示.第三組,如圖3所示,包括針對特定2E-10在100°C環境下的工作情況溫度范圍.這一組的平均成績是1.6E-10.

圖3

老化

在裝運前,大約每兩小時收集一次所有單元的老化數據,為期至少5天.利用對數型方程對數據進行曲線擬合,確定日老化斜率.

圖4

圖5

設備通常在達到老化速率規格后立即發貨,對于大多數測試石英晶振產品,老化速率規格為5e-11/天.這在圖4所示的老化分布圖中進行了描述.圖5顯示了實現所需規格所需的天數.但是,生產超支可能會在老化系統上持續很長一段時間.

輸出電平和諧波

圖6

圖7

電路中的元件參數分布,并且不是受生產過程中所做的任何調整影響的測量結果,因此該性能參數的結果類似于鐘形曲線DIS貢品.(圖6和后面的圖11所示數據中的間隙不是真實的,而是直方圖生成例程的異常.)

相位噪聲,L(f)

圖8,9和10分別顯示了1Hz,100Hz和100kHz晶振失調下的相位噪聲性能.測量使用HP3048相位噪聲系統.所示數據反映了儀器記錄的相同噪聲源校正結果.失調為1Hz時,平均性能為–113dBc/Hz.

圖8

圖9

圖8中的數據既是對石英噪聲性能的研究,也是對測試數據的解釋.數據表明峰值位于-108,-110,-113,-115和-118dBc/Hz.這很可能是由于測量結果的圖形輸出顯示在5dB網格上,標記每增加2.5dB.HP3048進行的100kHz偏移相位噪聲測量包含更多數據點.因此,數據具有更大的統計確定性,從而導致更平滑更容易解釋的情節.此外,控制100kHz失調性能的電路元件中的噪聲方差遠小于貼片晶振噪聲方差.結果,曲線圖顯示了記錄的測試結果中的較小的方差和典型的鐘形曲線分布.

圖10

短期穩定性

利用HP3048系統軟件從相位噪聲測量中推導出了系統的短期穩定性.性能分布如圖11所示.平均短期穩定性為1.1e-12在1秒.

圖11

連續功率

連續功率取決于恒溫晶振的工作溫度和環境溫度.260系列產品的連續功率分配如圖12所示.室溫下測得的平均連續功率為2.7W.通過電路設計考慮和減小封裝尺寸,可以實現低功耗.

圖12

調諧系數

圖13顯示了振蕩器調諧系數的歸一化分布.圖中所示的兩種分布主要是由于產品中使用了兩種不同類型的調諧網絡.所有單元的調諧電壓范圍為0～6V,斜率均為負值.                

圖13

摘要

表1匯總了所測各種性能參數的測試數據.所提供的數據驗證了所使用的設計,制造和測試方法,確保了超穩定260系列石英晶體振蕩器在大批量生產中的可預測性和可重復性.