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振荡器设计和应用的趋势

行业聚焦点中国仪表网2008年05月08日 09:25人气:4265

    如果说电子系统的头脑是处理器,那么它的心脏就是能提供系统时序的频率控制器,这两者都是实现整体功能的重要部件。当前,市场对频率控制部门的要求基本上同对整个电子行业的相一致,即高性能、多功能、小型封装、低功耗、低价格和更短的设计周期。在快速的技术发展浪潮面前,领先的半导体公司所做出的努力自不必说,而时序振荡器及其他时序元件的设计和制造者也在力求能跟上这种趋势。 

    通过集成实现小型化 
    无线网络的泡沫并没有减慢市场对可通信电子产品的需求。手机和PDA已经遍地开花,而且还在逐步缩减尺寸和价格,这就给配套元件提出了新的要求。其结果是,高容积标准振荡器产品的封装从7mm×5mm发展到最近的5mm×3mmSMD形式。当然,最终解决价格和体积的途径还是要发展全硅振荡器,尽管它的稳定性仍无法达到传统晶体振荡器所能达到的程度。得益于温度补偿晶振技术(TCXO)的快速发展,对于在网络、仪器和无线应用中出现的常见输出频率,7mm×5mmSMD封装的TCXO在工作温度范围之内的稳定性已达±1×10-6,而具备相同性能的5mm×3mm器件也已经出现。 

    在数目不断增多的手持设备中集合GPS功能的做法加大了对具有极高稳定性的小型低功耗TCXO的需求。单芯片温度补偿技术已经发展的很不错了,这种技术所带来的稳定性比基于热敏电阻的TCXO约高一个数量级,而且还能满足特殊应用中对低压(2.5V)的要求。 

    对于大容量的元件,因为厂商们都开始着力开发陶瓷SMD封装产品线,消费者已经看到了规模经济带来的成本效益,而金属和塑料封装则成为了特殊应用和预设计的保留。 

    更快的网络、更高的频率 
    高速数据网络和正在成长的VoIP技术对目前使用的交互设备提出了新的要求。举例来说,一个典型的集中办公室电话系统必须要能同时处理站外数据通信以及位速率相对较低的语音信号。因此,时序器件开始应用在交互设备中。 

    更高的数据速率意味着更快的时钟频率,为了获得高频率,可以将低频率振荡器连接到乘法电路上。然而,使用高频率时序器件却可以实现简单的高性能电路设计,100MHz或更高输出频率的振荡器就是理想选择。因为这样,制造商只选择晶体谐波就能倍增频率,而且还不影响振动性能。
 
    在高频率通信设计中,小封装尺寸通常比稳定性重要,所以这些应用场合通常是VCXO和简单封装晶体振荡器(SPXO)的领域。差动输出产品比如PECL和LVDS也正在增长,因为他们具有快速的上升/下降时间,可以减少数据损耗。 

    在整个通信行业中,随着Gb以太网和ADSL的兴起,能处理多数据和协议的仪器也相应发展起来。而在其他工业部门,通信设备OEM厂商正通过外购一些制造工艺来寻求比较经济的NRE花费。 

    专业的半导体公司已经开始应对随选即用型单芯片和模块SDH/SONET时域系统带来的挑战,因为这种系统要能够接收多输入参考信号并输出多种信号。该系统的中心有一个高稳定性振荡器,它能给系统提供同步性和精确性,而这两个参数决定着整个解决方案的性能。

频率控制器制造商正紧密的同半导体公司相配合,以便来支持这种解决方案。因为除了工作温度范围内的稳定性,振荡器还需要遵循一些短期的稳定性限制,比如漂移和颤动。而半导体供应商则不但要测试振荡器的性能,还要测试其能否驱动时序电路,这样才能确保精确的时序方案能工作在预期的环境中。 

    卫星和无线宽带 
    仅管围绕着宽带无线构架还有很多争论,但它们依然在乡村地区和高速私人网络中发挥着重要的作用。当然,这对已经使用混合宽带的用户则没什么益处。但在欠发达地区,混合构架不成体系或根本不存在,无线宽带因而就成了具有高性价比的替代品。 

    此外,实现中距离网络中的关键是要有一个有高稳定性且低相位噪声的振荡器,它能排除低输出级别和嘈杂的输入信号。虽然这些正好是OCXO的自然领域,但使用硅基温度补偿技术的TCXO已经出现,这标志着用低功耗和低价格的小型器件也能实现同样的目标。 

    用户何时需要 
    在这个全球竞争的年代,快速的将设计方案投向市场是成功的关键。在频率控制领域,元件经常要根据用户的个别要求或原型开发要求来定制,还要在几周甚至一个月内被反复使用,但即使这样也未必能满足设计者的要求。现在,晶振供应商可以提供精巧的可编程SPXO、VCXO和TCXO。它们都在工厂里进行过调谐,能在大频段范围内发送任意的输出频率。为了让5~200个小元件原型能顺利的工作,可编程振荡器是设计者目前的最好选择。
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