關于作者--SiTime樣品中心

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1 簡介

溫度補償振蕩器 (TCXO) 用于通常需要 5 ppm 或更高頻率穩定性的系統中的頻率參考。 通常，這些系統中的頻率精度必須保持在考慮到 TCXO 頻率漂移的時序預算內。業界通常定義一組頻率穩定性參數，以量化環境因素和電路條件對參考振蕩器的影響。 本文解釋了 SiTime TCXO 數據表中的頻率穩定性規范以及如何計算頻率精度。

2 溫度穩定性和頻率精度

SiTime TCXO 數據表包括以下頻率穩定性規范：

初始容差 (F_init) 是室溫下與標稱頻率的頻率偏差，例如 25±3℃。它是在典型電源電壓和輸出負載條件下測量的，設備安裝在印刷電路板 (PCB) 上。 初始容差的主要組成部分是 SiTime 工廠溫度校準后的殘余頻率誤差和 PCB 焊接引起的頻移。通過在 PCB 回流組裝過程之后使用壓控 TCXO (VCTCXO) 和頻率校準，可以最大限度地減少初始容差對系統時序預算的影響。

溫度穩定性 (F_stab) 是由環境溫度變化引起的頻率漂移，并指定為整個工作溫度范圍內峰峰值頻率偏差的二分之一。

電源電壓穩定性 (F_vdd) 是指由 2.5V 至 3.3V VDD 的 ±10% 或 1.8V VDD 的 ±5% 的電源電壓變化引起的頻移。

輸出負載穩定性 (F_load) 是指由輸出引腳上的負載電容差異引起的頻移，對于 LVCMOS 輸出振蕩器高達 15 pF。

總頻率精度 (F_total) 為計算所有上述參數的總和。 例如，溫度穩定性為 ±2.5 ppm 的 SiT5000 VCTCXO 的整體頻率精度為：F_total = F_init + F_stab + F_vdd + F_load = 1 + 2.5 + 0.05 + 0.1 = 3.65 ppm。

通過使用 VCTCXO 選項降低系統校準的初始容差，可以獲得更好的整體頻率精度：F_total = F_stab + F_vdd + F_load = 2.5 + 0.05 + 0.1 = 2.65 ppm。

在使用 TXCO 的應用中，溫度穩定性通常是頻率誤差的主要來源。 與室溫下的頻率偏移不同，使用簡單的校準方案無法消除溫度漂移。

3 老化和頻率精度

即使在恒定的工作條件下，TCXO 頻率也會因器件內部的變化而隨時間變化。 系統預算中需要用于隨時間推移的頻移的附加參數。 最常用的參數是第一年老化（First year aging）和 10 年老化（10-year aging）。

First year aging規定了在恒定電源電壓和工作溫度下連續運行一年后，相對于初始頻率的頻移限制，通常為 25℃。

10-year aging規定了在恒定運行條件下連續運行 10 年后相對于初始頻率的頻移限制。 10 年老化規格是從在 9 到 18 個月甚至更長的時間段內對一組具有統計意義的樣本進行的頻率測量中推斷出來的數字。

計算包括 1 年或 10 年老化（F_aging）的整體頻率精度：F_total = F_init + F_stab + F_vdd + F_load + F_aging。

例如，SiT5000 2.5 ppm VCTCXO 的第一年老化為±1.5 ppm。 總頻率精度可以計算為：F_total = F_init + F_stab + F_vdd + F_load _ F_aging = 1 + 2.5 + 0.05 + 0.1 + 1.5 = 5.15 ppm。 同一 VCTCXO 的 10 年老化為 ±3.5 ppm，這導致 10 年的整體頻率精度為 ±7.15 ppm。

對 TCXO 設備和系統校準使用相同的電壓調諧選項可以實現更嚴格的頻率精度預算限制。 例如，在 PCB 組裝后去除初始容差并在產品生命周期內定期校正與老化相關的頻移將提高精度。