Rakon獨特的用于小型電池的TCXOs

小型蜂窩市場正準備支持不斷增長的覆蓋需求和不斷增加的移動寬帶交通。關(guān)于同步要求，3GPP空中接口標準和相關(guān)的規(guī)范 根據(jù)時序架構(gòu)，需要滿足網(wǎng)絡(luò)接口標準。質(zhì)量同步是 對于無線接入點在各種運行條件下的運行以及的使用壽命至關(guān)重要 設(shè)備。而小型蜂窩基站的技術(shù)要求保持不變 與宏基站相比，小小區(qū)設(shè)備的成本結(jié)構(gòu)非常精簡。

雖然成本是選擇組件的關(guān)鍵因素，但設(shè)備的長期運行是特定的 環(huán)境條件對于電信設(shè)備來說至關(guān)重要。本文著眼于一些微妙的方面 同步設(shè)備——特別是小型蜂窩設(shè)備中使用的石英晶體振蕩器，在同步元件的初步選擇和基本測試。電壓控制的線性化方面 討論了TCXO和TCXO測試中的特殊技術(shù)，并研究了它們對同步的影響。

同步要求

3GPP定義了小型小區(qū)的空中接口同步要求。隨著小蜂窩開始與宏蜂窩共存小區(qū)中，減輕干擾的要求變得很重要。CoMP和eICIC是用于增強 HetNet架構(gòu)中小蜂窩和宏蜂窩之間的互操作需要 在基站具有嚴格的相位精度

小型小區(qū)的傳輸網(wǎng)絡(luò)接口同步要求取決于所使用的網(wǎng)絡(luò)接口 以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)要求。例如，如果小型蜂窩設(shè)備是電信級以太網(wǎng)的一部分 支持同步的網(wǎng)絡(luò)，小蜂窩設(shè)備可以兼容G.8262以太網(wǎng)設(shè)備 時鐘規(guī)格；如果小單元終止PTP時鐘，則設(shè)備可能符合G.8273.2 電信從時鐘要求等等。

同步體系結(jié)構(gòu)

小型蜂窩使用多個同步源來應(yīng)對故障。GNSS、宏嗅探(網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽)、NTP 和PTP是常用于小區(qū)同步的技術(shù)。

下圖顯示了小單元常用的時序流程架構(gòu)。

SoC中的同步引擎驅(qū)動環(huán)路中的TCXO。這種建筑是自TCXO以來最常見的 輸出可以直接驅(qū)動具有空中接口所需的低相位噪聲的無線電接口。它還提供了 驅(qū)動PHY接口的低抖動要求，因此單個振蕩器可以用于無線電接口as 以及網(wǎng)絡(luò)接口

TCXO的線性效應(yīng)

壓控TCXO使用基于變?nèi)荻O管的實現(xiàn)來改變輸出頻率。在內(nèi)部 所產(chǎn)生的補償電壓與外部施加的控制電壓結(jié)合用于產(chǎn)生輸出振蕩器的頻率。這種實現(xiàn)呈現(xiàn)出非線性頻率調(diào)節(jié)曲線

同時，需要具有確定精度的溫度補償技術(shù)來達到目標水平 晶體諧振器的溫度穩(wěn)定性。理想情況下，一旦補償了溫度對 頻率，設(shè)備應(yīng)提供符合規(guī)格的性能。一般來說，非線性在 器件的頻率-電壓特性將導致頻率-溫度效應(yīng) 取決于TCXO的調(diào)節(jié)電壓

對于壓控TCXO晶體振蕩器，為了改變器件的輸出頻率，外部控制電壓為 施加在變?nèi)荻O管上。這種外部電壓源的應(yīng)用改變了變?nèi)荻O管兩端的電壓。 之前調(diào)整過的溫度與頻率校正無法保持的頻率性能 設(shè)備溫度，設(shè)備可能會超出規(guī)格

Rakon基于Pluto+的VC-TCXOs應(yīng)用了一項專利補償技術(shù)來阻止這種情況的發(fā)生。A 線性化模塊對信號進行預(yù)失真，以提高頻率靈敏度和溫度性能 在調(diào)節(jié)信號極限時，保持在規(guī)格范圍內(nèi)

為了說明這些效果，下面顯示了一個示例。在圖表上，藍線顯示溫度與 標稱牽引電壓下的頻率性能。紅線是溫度與頻率性能的關(guān)系 當施加極限調(diào)節(jié)信號時，處于拉動范圍的極限。從圖表中可以清楚地看出，TCXO 額定溫度為0.1 ppm時，在牽引范圍的極端情況下，性能不符合規(guī)格。

應(yīng)用專利補償或打開線性化效果時，下圖顯示了 設(shè)備在標稱頻率和極限牽引范圍下的性能。從以下可以清楚地看出 這些圖表表明，線性化在整個拉伸過程中對器件的溫度穩(wěn)定性有很大影響 范圍，現(xiàn)在能夠在整個溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)100 ppm的穩(wěn)定性。

線性化對小單元設(shè)計的影響

這種效應(yīng)對小型小區(qū)的實施具有顯著的影響。通常，集成了TCXOs的小電池， 根據(jù)振蕩器的初始頻率精度，調(diào)整到接近標稱電壓。溫度 對于任何TCXO晶振，相對于頻率曲線在標稱調(diào)諧電壓下表現(xiàn)良好。當設(shè)備到達現(xiàn)場時， TCXOs開始老化，輸出頻率開始偏離其初始頻率。因為TCXOs在 頻率同步環(huán)路，該環(huán)路通過改變調(diào)節(jié)電壓將頻率拉回到標稱值 在TCXO的電壓控制輸入端

對于非線性化的TCXOs，這種老化調(diào)整效應(yīng)將在溫度與 頻率性能。輸出頻率可能會在額定溫度范圍內(nèi)漂移，也可能不會 符合空中接口要求標準的要求。因此，在一段時間內(nèi) 設(shè)備可能無法與網(wǎng)絡(luò)正確同步，并可能變得不可用

Rakon的TCXOs配有專利的三階補償多項式，可預(yù)失真控制信號 以同時在控制電壓和溫度范圍內(nèi)保持線性。如中所示 第三頁的圖，振蕩器在整個范圍內(nèi)的最大拉電壓范圍內(nèi)的性能符合規(guī)格 溫度范圍。這是Rakon TCXO石英晶振與常見的通用產(chǎn)品相比的一個關(guān)鍵區(qū)別 TCXOs。

調(diào)整靈敏度(調(diào)諧斜率)會影響保持性能和環(huán)路性能 系統(tǒng)的一部分。希望具有最小的調(diào)節(jié)靈敏度和靈敏度變化。最小調(diào)整 靈敏度導致更好的環(huán)路控制分辨率(在數(shù)字世界中，頻率的每ppb變化的比特數(shù)) 從而最小化初始保持精度，以確保特定時間段內(nèi)的特定保持性能。A 以較小的調(diào)整靈敏度實現(xiàn)更好的粒度，調(diào)整靈敏度定義了一組數(shù)字位來控制 一定的電壓范圍。

減小的靈敏度變化有助于環(huán)路的性能。該環(huán)可以設(shè)計有一個目標 調(diào)節(jié)靈敏度。調(diào)整靈敏度的巨大變化會導致更長的建立時間和不期望的輸出 波動。

高分辨率溫度測試，避免活性下降

由于諧振器的特性，活性下降是晶體諧振器行為的急劇變化。這些可以 是由于不良的晶體或空白設(shè)計和制造工藝。Rakon采用高分辨率 溫度測試，以識別和篩選出顯示活動驟降的振蕩器

由于整體頻率變化以及以下因素的變化，活動驟降會導致較差的溫度性能 頻率變化的速率。例如，下圖顯示了一個正在用目標測試的振蕩器 使用兩個不同的測試系統(tǒng)，溫度靈敏度為0.05 ppb/♀C，其中一個系統(tǒng)在整個 溫度范圍，另一個有112個測試點

可以看出，由于溫度50°C和70°C之間的活性下降，發(fā)生了巨大的頻率擺動 在8點溫度測試系統(tǒng)中不被注意。第一個測試系統(tǒng)將在下“通過”器件 測試假設(shè)最大斜率僅為0.02 ppm/♀C，而第二個測試系統(tǒng)將能夠識別 活性下降期間的0.12 ppm/♀C斜率，因此“拒絕”設(shè)備。Rakon晶振開發(fā)了專有的 執(zhí)行高分辨率測試的測試設(shè)備，能夠篩選和排除不符合要求的振蕩器 滿足更高的性能要求。

小蜂窩實現(xiàn)通常使用基于NTP或PTP的同步源。這些是基于數(shù)據(jù)包的 同步技術(shù)與傳統(tǒng)的電路交換物理層完全不同 同步技術(shù)。用于觸發(fā)PLL的事件是非常低頻率的時間戳，并且可能具有 當通過各種網(wǎng)絡(luò)元件時經(jīng)歷延遲變化。因此，一般來說，環(huán)路濾波器 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，基于分組的網(wǎng)絡(luò)中PLL的帶寬要低得多。

在如此低的帶寬下，環(huán)路設(shè)計需要穩(wěn)定的振蕩器，因為振蕩器具有高通特性 基于PLL環(huán)路濾波器值的PLL輸出的濾波器響應(yīng)。因此，要達到一定的水平 輸出時鐘性能，隨著濾波帶寬變低，需要穩(wěn)定的振蕩器。

因此，這種設(shè)計需要具有規(guī)定溫度性能的振蕩器，包括 整體溫度穩(wěn)定性以及溫度斜率性能。一般來說，常用的溫度 斜坡速率為0.5°C/min或1°C/min。在這些斜坡率下，某些頻率變化性能對于 達到一定的績效水平。

Rakon為其振蕩器設(shè)計、制造和維護自己的專用試驗箱。有...的歷史 Rakon每周測試數(shù)百萬臺客戶級TCXO設(shè)備，擁有大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)驗和專業(yè)知識 如此高端高質(zhì)量的設(shè)備。

總結(jié)

Rakon為小型蜂窩提供業(yè)界性能最佳的TCXO有源晶振。Rakon TCXOs可以實現(xiàn)溫度穩(wěn)定性 在整個溫度范圍內(nèi)低至50 ppb(在15 ppb/℃ 具有非常低的相位噪聲性能。它們設(shè)計獨特，采用了專利技術(shù) 執(zhí)行線性化技術(shù)，使振蕩器在規(guī)格范圍內(nèi)工作。Rakon TCXOs的測試使用 業(yè)內(nèi)最高質(zhì)量的測試設(shè)備。

這確保了振蕩器的性能在設(shè)備的整個使用壽命內(nèi)保持不變——這是移動網(wǎng)絡(luò)運營商的“必備條件”

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