上个世纪40年代,二战结束后才成立KVG晶振公司,是德国频率控制元器件产业最具有代表意义的企业。从创办之初就开始利用质量高的晶体材料,生产石英晶体谐振器,石英晶体滤波器等产品,并且在1968年就已经开始量产温补晶振,是世界上最早成功研发并生产TCXO、OCXO、VCXO系列的晶振厂家之一。拥有全球最顶尖的石英晶体振荡器制造技术,在该领域获得的成就,令许多业界同行望而却步。
石英晶体和石英晶体振荡器是电信和数据传输等频率控制应用中最重要的组件。原因是频率稳定性高,谐振品质因数高,温度漂移小,价格合理。广泛的晶体振荡器需要精确的规格以确保最佳性能。标准晶体振荡器或XO在DIP-14,14mmx9mm或7x5mm SMD封装中提供±100ppm的稳定性和+5V(+3.3V)电源电压。应用是微处理器和消费电子市场的时钟。由于对价格敏感的应用,振荡器的要求主要由外壳类型,频率,稳定性,输出信号和温度范围决定。
电信,测量设备,卫星导航中的专业应用具有更高的要求,例如严格的稳定性,低阻抗输出(针对更高频率的HCMOS或ECL/PECL),低相位抖动以及更长的15年及更长寿命。为了获得足够的长期稳定性,完整的振荡器需要预处理和稳定的晶振生产过程。虽然低成本振荡器只是提供整体稳定性,但大多数专业振荡器都明确定义了所有稳定性参数。
虽然简单的XO(X-tal振荡器,晶体振荡器)仅提供固定的输出频率,但其他类型的振荡器提供拉动选项,主要用于PLL应用。这些VCXO晶振(压控X-tal振荡器)使用与内部晶体并联的内部变容二极管,可实现约±20ppm至±200ppm的电气频率变化。该标称牵引范围用于补偿振荡器本身的频率偏差,并提供足够的捕获范围以锁定到特定频率。标称拉动范围扣除所有稳定性参数,如温度稳定性,老化和校准,称为绝对拉伸范围APR,通常用于指定VCXO。
另一个重要问题是将VCXO调制特性实现到PLLloop中。两个最重要的参数是调制带宽和非线性调制响应。由于有限的调制带宽,寄生谐振和传输特性,PLL环路带宽必须根据各个振荡器调制响应进行调整。它必须低于频率控制电路的调制带宽,并且远低于第一个寄生谐振,以抑制任何振铃或锁定寄生谐振。特别是用于SONET/SDH网络的PLL必须非常精确地计算,因为寄生谐振可能由于抖动传递而导致误码。通常,这种效果可能只能在组合网络系统中找到。
像SONET SDH这样的广域电信系统也需要高稳定性的系统时钟,以防止时间滑移或数据丢失。所需的稳定性可能比标准有源晶振提供的要高得多。传统石英晶体振荡器的物理极限范围为±10ppm,包括温度稳定性,老化和初始校准。温度特性可以通过三阶函数确定,该函数对称于+25℃
这种立方函数可以通过使用三阶网络进行补偿,其中在-20...+ 70°C范围内可以实现高达±0.5ppm的传统补偿。这些温补晶振(温度补偿X-tal振荡器)主要用作开关,数据传输或频率计数器中的参考时钟。改善的温度稳定性还需要改善晶体的老化特性以实现相应的整体性能。
在10?15年的寿命期间,老化率可能仅在几ppm的范围内。电气或机械修整选项允许在一段时间后重新校准。
随着全球小型化趋势的发展,TCXO也必须变得更小,同时满足更大的传统TCXO的所有规格要求。一种方法是ASIC(专用集成电路)的应用。KVG提供最高稳定性的ASIC技术,以提供最佳性能和小封装尺寸。
特别是3G/GSM/CDMA基站,微波链路或SDH/SONET网络在某些ppb(10-9)范围内具有更高的稳定性要求。使用恒温晶体振荡器OCXO(Oven Controlled X-tal Oscillator)可以实现这些稳定性。它们的温度保持恒定在标称工作温度以上,例如+85°C。由于内部加热元件,与TCXO或VCXO相比,它们的功耗要高得多。因此,它们不适用于所有应用,尤其不适用于电池操作。
SC切割晶体可以改善温度稳定性。具有SC切割晶体的OCXO可以轻松达到10-9的温度稳定性,双炉等特殊设计可将此范围扩展至10-10或10-11。这使它们甚至适用于具有极高稳定性需求的应用。
指定OCXO还包括老化和可追溯性。为了最大限度地减少初始老化效应,所有OCXO石英晶振都将经历一定的“老化”过程,即所谓的预处理。在几天甚至几周内,这些振荡器在完全计算机化的老化设备上运行,并且每天监测频率漂移。结果将使制造商能够确定生产中所有单个OCXO的长期老化,消除老化不足的零件并改善制造过程。
经过几天的运营,所有OCXO都达到了最终的稳定性。为了获得最大的稳定性,不应关闭OCXO,因为在OCXO达到最终频率之前需要一些时间。此外,最终频率不同于振荡器关闭前的频率。这种回扫问题是所有制造商所熟知的,并且可能在长时间断电之后导致问题,例如关闭数周的测量设备。
根据有源晶振设计,晶振性能和可选的倍频方法,输出信号中总会添加某种噪声,从而降低输出信号的质量。相位噪声应尽可能低,以实现最大S/N比和低BER。相位噪声<1kHz主要取决于石英晶体的品质因数,而对于>1Khz的频率,振荡器电路主要影响输出上的相位噪声。由于标称频率附近的相位噪声的频谱密度要高得多,因此对抖动性能的影响主要由频谱中较低频率的频谱内容给出。
大多数电信应用使用乘法器级来产生远高于振荡器频率的频率。由于这种乘法,相位噪声的劣化通过以下公式计算:
d=20logn(d =以dB为单位的相位噪声衰减;n是乘法因子)
石英晶体和石英晶体振荡器有许多不同的应用领域,因此有一个永无止境的单个参数列表,这些参数对于特定应用可能很重要。其中一些,如汽车,航空电子设备,太空计划或研究,已经扩展了他们的环境要求,以抵御极端温度,冲击和振动。其他要求提高输出光谱的纯度。KVG石英晶体技术将帮助您根据您的特定需求为您的应用找到合适的振荡器。
现在普通的有源晶体比较泛滥,几乎是每家SMD晶振制造供应商都会生产,其中大部分都是比较专业的,但来自德国的KVG晶振仍然是经典中的经典,不仅是因为其悠久的制造历史和专业的团队。更是因为集团高层对于晶振事业的高度热情,和有原则的规范管理,使上下员工都具备良好的职业素养和过硬的技术功底,严格认真的对待每一颗石英晶振。72年来一直不敢懈怠晶体设计和研发,把德国人骨子里的严谨都体现在产品上面。