有源的頻率控制元器件有很多種，相信大家也比較熟悉了，雖然現(xiàn)在越做越高端，但是每一種石英晶體振蕩器有優(yōu)勢，也有不同的缺陷。例如時(shí)鐘振蕩器雖然成本相對較低，穩(wěn)定性好，但是部分要求高的產(chǎn)品無法滿足，OCXO振蕩器雖然可滿足高性能需求，但是體積比較大，不適用小型便攜型設(shè)備，TCXO晶振尺寸小，精度高，而且具有溫度補(bǔ)償作用，但是一般成本高，交期慢，因此也并不是完全適用于所有產(chǎn)品類型。今天我們將介紹一種大多數(shù)人沒聽說過的EMXO晶振，它的全稱是Evacuated MiniatureCrystal Oscillator，這是一種真空微型晶體振蕩器，那么它究竟與其他振蕩器有什么不同呢？

當(dāng)頻率與溫度要求過于嚴(yán)格而無法通過基本XO（晶體振蕩器）或TCXO（溫補(bǔ)晶體振蕩器）來滿足時(shí)，使用OCXO（烘箱控制晶體振蕩器）。使用OCXO時(shí)，晶體和臨界電路的溫度會隨著振蕩器外部溫度的變化而保持恒定。用烤箱控制振蕩器內(nèi)的溫度可保持恒溫。在OCXO中，感測環(huán)境溫度的變化，然后將其反饋到烤箱控制器，該控制器在振蕩器外殼內(nèi)持續(xù)保持恒定的最佳溫度。OCXO可以將晶體的固有穩(wěn)定性提高5000倍以上?？鞠淇刂葡到y(tǒng)并不完美，開環(huán)增益不是無限的，烤箱內(nèi)部有內(nèi)部溫度梯度（振蕩器），而在傳統(tǒng)的烤箱中，烤箱外殼的電路會受到環(huán)境溫度變化的影響。“拉”頻率。

與XO或TCXO相比，傳統(tǒng)OCXO的溫度穩(wěn)定性能得到了極大的提升。例如，OCXO的功耗大于200倍。還有一個(gè)尺寸考慮因素。在普通的OCXO中，將晶體封裝在金屬外殼中，然后將其與溫度敏感電路一起放入烤箱外殼中，然后用隔熱材料包圍。然后將所有這些以及任何附加電路放置在金屬外殼中，制成龐大的封裝，這變得非常難以小型化。為了克服這些障礙，EX-380系列EMXO振蕩器（真空微型烤箱控制晶體振蕩器）專門開發(fā)用于實(shí)現(xiàn)OCXO性能，同時(shí)顯著降低功耗并減小封裝尺寸（見圖1）。

這些特性齊頭并進(jìn)，因?yàn)闇p小封裝尺寸可以更容易地改善功耗。首先，使包裝的體積盡可能小，以減小烤箱需要加熱的體積。其次，需要使用最有效的絕緣材料。在EX-380系列中，Vectron已經(jīng)完成了這兩項(xiàng)工作。該封裝設(shè)計(jì)為單個(gè)DIP尺寸為0.82“x0.52”x0.3“，石英晶體振蕩器使用真空作為絕緣介質(zhì)-與傳統(tǒng)的泡沫塑料或基于纖維的絕緣材料相比有了顯著的改進(jìn).Vectron努力減小尺寸的另一個(gè)重要因素并且仍然提供“烤箱振蕩器”的性能是為了消除大包裝晶體的使用，到目前為止，必須使用它來實(shí)現(xiàn)良好的老化。相反，使用開放式晶體坯料的方法被發(fā)現(xiàn)并且變得實(shí)用.Vectron已經(jīng)成功地解決了可能降低性能的除氣和污染問題。要做到這一點(diǎn)，需要制造具有高內(nèi)部真空度的振蕩器，內(nèi)部除氣率低，以提供所需的隔熱效果。需要高水平的清潔度來防止開放（未包裹）晶體空白的污染，并確保特殊的長期晶體老化。

該封裝的關(guān)鍵設(shè)計(jì)特點(diǎn)采用了將空白精密晶體與混合微電子電路相結(jié)合的概念。在這樣做時(shí)，獲得良好的老化性能是至關(guān)重要的。出于這個(gè)原因，冷焊包裝概念將空白形式的精密晶體與混合微電子電路相結(jié)合。在這樣做的過程中，獲得良好的老化性能是準(zhǔn)備好的。因此，選擇冷焊接封裝而不是更傳統(tǒng)的電阻焊接封裝。冷焊密封在韌性金屬表面之間提供了真正的冶金結(jié)合，而沒有來自密封過程的額外熱量。在通過焊接模具的壓痕引入的高噸位壓力下，材料的可塑性流動發(fā)生在配合表面上。最終結(jié)果是密封的外殼，沒有焊接飛濺，灰塵和蒸汽的污染。而且，最重要的是，冷焊密封外殼可實(shí)現(xiàn)高水平的真空完整性。

機(jī)械地，混合電路和晶體組件直接懸掛在高度絕緣的結(jié)構(gòu)上，以最小化通過傳導(dǎo)的熱能損失。另外，整個(gè)組件通過真空在10-6托的壓力水平下與外殼絕熱。基于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)計(jì)算，該封裝設(shè)計(jì)產(chǎn)生的熱阻大于300攝氏度/瓦.EMXO振蕩器制造工藝很有意思，工藝流程圖如下圖2所示。

基板采用厚膜絲網(wǎng)印刷技術(shù)制造，每個(gè)沉積層經(jīng)受三個(gè)不同的工藝階段-印刷，干燥和火焰。晶體夾子附著在具有高導(dǎo)熱性的基板上的金導(dǎo)體跡線上。使用導(dǎo)電粘合劑將所有有源和無源晶振安裝在基板上，然后移至保護(hù)爐進(jìn)行固化。在固化過程之后，清潔混合物以去除有機(jī)和非有機(jī)污染物。導(dǎo)線在混合電路上作為互連接合。然后用粘合劑將混合電路連接到冷焊組件上。最后，將空白晶體安裝到夾子上，并通過蒸發(fā)過程調(diào)節(jié)到所需的標(biāo)稱頻率，典型精度為1ppm。然后將這些單元冷焊密封?？鞠浔旧硗ㄟ^施加到導(dǎo)熱基底的直接熱傳導(dǎo)來加熱。顯示了這種“開放空白”EMXO概念，并與傳統(tǒng)的OCXO結(jié)構(gòu)相比，如下圖3所示。

在上面的圖3中，1,2和3反映了傳統(tǒng)的OCXO結(jié)構(gòu)，而4是EMXO。它顯示了SDILEMXO的主要元素。僅使用一個(gè)基板并且所有元件都被加熱。振蕩器基本上是CMOS門類型，帶有額外的變?nèi)荻O管和LC陷波器，用于泛音選擇。根據(jù)應(yīng)用的要求，諧振器是第3泛音，AT或雙旋轉(zhuǎn)切割，與傳統(tǒng)的基波諧振器相比，它們都具有優(yōu)異的老化性能。

預(yù)計(jì)EX-380系列將發(fā)現(xiàn)在嚴(yán)苛的機(jī)械環(huán)境中性能對電氣性能同等重要的應(yīng)用。因此，EX-380系列的另一個(gè)重點(diǎn)是提供堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，以承受高沖擊和振動，并產(chǎn)生良好的Gsensitivity性能。例如，當(dāng)振蕩器的物理方向改變時(shí)，由于重力引起的晶體坯料上的應(yīng)力變化，頻率變化很?。ㄍǔＴ?/span>90度旋轉(zhuǎn)中不超過10-9的幾個(gè)部分）對晶體支撐的影響。這種特性被稱為“翻倒”并以10-9/g表示，其中一個(gè)表示180度方向變化的一半。為了最大限度地減少這種對晶體支撐的影響。該特征稱為“翻倒”并以10-9/g表示，其中1g表示180度取向變化的一半。為了最大限度地減少這種變化，并提高沖擊和振動下的性能，晶體坯料安裝在對稱的安裝結(jié)構(gòu)中，而不是傳統(tǒng)的2或3點(diǎn)。

這有助于實(shí)現(xiàn)高沖擊和振動耐久性水平，低g敏感性能和對稱熱傳遞。而且，當(dāng)晶體振蕩器工作并受到振動時(shí)，產(chǎn)生寄生頻率，通過振動頻率偏離振蕩頻率。這些通常被稱為“振動引起的邊帶”，并且這些邊帶的行為類似于相位噪聲。這些雜散輸出的幅度與振動幅度，晶體支撐的機(jī)械設(shè)計(jì)以及振蕩器組件的機(jī)械設(shè)計(jì)（包括晶體安裝）有關(guān)。這里對稱的晶體安裝結(jié)構(gòu)也有助于減少不必要的噪音。

AT和雙旋轉(zhuǎn)晶體均可用于EX-380系列。盡管許多類型的雙旋轉(zhuǎn)晶體在振動下產(chǎn)生的振幅低于AT，但這一特性主要取決于石英晶體和振蕩器的機(jī)械設(shè)計(jì)，而不是特定的晶體切割。在許多應(yīng)用中，Vectron在振蕩器中使用雙旋轉(zhuǎn)諧振器，以提供更低的相位噪聲，更好的老化速率和更低的加速度靈敏度。在不太關(guān)鍵的應(yīng)用中，使用較便宜的AT切割晶體。

圖4至10表示各種特性的合格樣品的典型實(shí)際測試數(shù)據(jù)。

型號EX-380，薄型4針DIP真空微型，烤箱控制晶體振蕩器（EMXO）可在10MHz至20MHz的選定頻率下使用。該裝置在極小的包裝中提供極低的老化速率和高溫穩(wěn)定性-適應(yīng)各種環(huán)境條件。通孔單元尺寸僅為20.8mmx13.2mmx7.6mm（0.82“x0.52”x0.30“），老化率平均<1x10-9/天，第一年<1x10-7，<1x10-6溫度穩(wěn)定性為±1x10-7，溫度范圍為-40ºC至+85ºC，可提供10年的溫度范圍。-55ºC至+85ºC可提供更寬的溫度范圍。通過應(yīng)用新的諧振器設(shè)計(jì)理念和技術(shù)突破，可實(shí)現(xiàn)這一性能.EMXO彌補(bǔ)了當(dāng)前大型高精度OCXO和較小TCXO之間的差距，成為最經(jīng)濟(jì)的選擇，需要光譜純度，短期和長期穩(wěn)定性，以及小尺寸和大幅降低的功耗。

EX-380系列的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓為3.3Vdc和5Vdc，也可提供12Vdc，均帶有HCMOS輸出。可提供該振蕩器的表面貼裝版本（EX-385）。表面貼裝版本提供+3.0dBm/50歐姆的正弦波輸出。這些EMXO單元非常適用于SONET/SDH，DWDM，FDM，ATM，3G，電信傳輸和交換設(shè)備，無線通信設(shè)備以及軍用機(jī)載和移動系統(tǒng)。

目前晶體振蕩器的技術(shù)越來越高，未來也許還有更多新型的晶體或振蕩器出現(xiàn)，滿足越來越先進(jìn)的產(chǎn)品要求，當(dāng)這些振蕩器被普及使用時(shí)，世界也許會發(fā)現(xiàn)不小的變化，EMXO晶振是美國Vectron晶振公司提出并實(shí)踐的，如需更詳細(xì)的資料，歡迎聯(lián)系金洛鑫電子！