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更强大的Stratum 3E OCXO
Easy-key /2019-01-11 阅读量:328

电信最重要的参数是什么?让我们从基础开始......频率稳定性,是振荡器的最基本规范。该规范表示由外部条件引起的输出频率偏差。稳定性值越小意味着性能越好。对于OCXO,频率稳定性通常以十亿分之几(ppb)表示。


温度变化是频率偏差的主要原因之一。在下图中,我们展示了温度从-40 ° C到+ 85 ° C的温度随温度升高和温度下降(滞后)的频率稳定性,对于四种不同的类似额定设备,包括基于SiTime MEMS的Emerald OCXO(如图所示:绿线)和三个基于石英的OCXO。Emerald OCXO的性能仅为1.5 ppb,比下一个最接近的OCXO好四倍。 



Emerald OCXO具有令人印象深刻的频率稳定性,这对于同步以太网(ITU-T G.8262)和IEEE 1588等同步应用至关重要。这种稳定性使振荡器能够在系统通过保持状态处于自由运行状态时保持稳定的时钟[ 2]在网络故障情况下。但更重要的是在实际操作条件下保持稳定性,例如快速温度变化或可能影响时钟性能的其他动态条件。


让我们仔细看看频率与温度斜率,这是精密振荡器的关键指标。也称为ΔF/ΔT ,该测量量化振荡器以1 ° C为增量对温度变化的敏感度。同样,较低的数字更好,因为它代表频率的偏差。Emerald OCXO产品的额定温度仅为 50 ppt /°C(ppt =万亿分之一)。下图显示了Emerald OCXO与相同的三个石英OCXO相比的ΔF/ΔT 性能。  



电信系统使用高性能组件,产生大量热量并需要冷却风扇。随着处理器循环和风扇开启和关闭,可能会出现明显的温度瞬变。但是当内部系统温度与意外和极端的外部天气条件相结合时会发生什么?或者考虑如果风扇出现故障并且内部温度显着上升会发生什么。下图显示了Emerald OCXO和石英OCXO在正常工业工作温度范围内的表现。



时域稳定性


从频域切换到时域,让我们看看艾伦方差(ADEV),这是电信工程师的另一个重要指标。ADEV是时域中振荡器稳定性的度量,并且称为短期频率稳定性。使用ADEV是因为与标准偏差相比,它会收敛更多类型的振荡器噪声。它解释了相位调制,频率调制和随机游走频率等问题。凭借2e-11 ADEV,平均时间为10秒,Emerald设备保持了惊人的一致性能。下图显示了Emerald设备在有气流和无气流的情况下的性能。 

 


用于电信应用的其他常见定时稳定性指示符包括TDEV(时间偏差)和MTIE(最大时间间隔误差)。在没有和没有气流的情况下,Emerald OCXO在指定的 ITU-T G.8262 EEC2 掩模组中表现良好,作为这些测量的标准。


超出温度变化的稳健性


除了耐气流和快速温度变化外,Emerald OCXO几乎不受振动的影响,这也会导致频率发生变化。这种弹性至关重要,因为电信设备经常受到振动,特别是在室外部署时。风,重型车辆和火车只是众多振动源的几个例子。Emerald OCXO产品的偏差仅为0.1 ppb / g,非常适合户外杆式设备。


除了可能对振荡器稳定性造成严重破坏的所有外部因素外,振荡器内部可能会发生内部变化,即使外部环境条件保持不变,也会随时间改变振荡器频率。这称为衰老。Emerald OCXO具有出色的老化规格,每日老化± 0.25 ppb,老化20年+ 500 ppb。


Emerald OCXO产品也不受湿度影响,因此不需要像传统石英OCXO那样容易泄漏的额外密封。由于Emerald器件具有片上稳压器,因此它们不会受到电源噪声的影响,从而降低时钟性能 - 因此不需要专用的LDO或铁氧体磁珠。最后,由于Emerald产品使用硅MEMS谐振器,它们具有半导体级质量,并且不会像石英OCXO那样遭受批次之间的不一致。


解决快速变化条件的长期问题


Emerald Platform可抵抗各种动态条件。这些器件的设计旨在保持石英OCXO传统上无法承受的恶劣环境中的稳定性。电信设备制造商不再需要担心定时组件是系统中最薄弱的环节。并且服务提供商可以更少关注由于时序导致的系统故障和服务中断。Emerald OCXO可提供从批次到批次以及从一个环境到下一个环境的始终如一的稳定性能。


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[1] Stratum 3时钟在20年内具有±4.6 ppm的自由运行稳定性,24小时内的保持要求为±0.37 ppm(±370 ppb),包括所有条件下的频率误差。Stratum 3E是Stratum 3的更准确版本,具有相同的±4.6 ppm自由运行稳定性,但在24小时保持规格下具有±0.012 ppm(±12 ppb),比Stratum 3紧密37倍。 


[2]保持是系统使用的一种操作模式,它与外部精确频率和/或时间参考同步,并且暂时丢失了该参考信号。在丢失外部参考之后,本地振荡器应具有在系统中定义的限制内维持或保持稳定频率和/或时间的能力。