MEMS Super-TCXOs:低相位噪聲和高穩(wěn)定性的射頻系統(tǒng)
來源：http://m.sdyoujian.cn 作者：億金電子 2024年11月07
據(jù) Frost 和 Sullivan 報道，數(shù)據(jù)優(yōu)勢可能會決定未來沖突的結(jié)果。當(dāng)今的國家安全部隊在動態(tài)操作環(huán)境中面臨著來自堅定而老練的攻擊者的多重戰(zhàn)略挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對持續(xù)和新的威脅，國防部隊必須相互連接。他們必須共享實時信息，以增強(qiáng)態(tài)勢感知和分析能力，從而更快、更有效地做出決策。用于監(jiān)視、情報、偵察和通信的射頻 （RF） 系統(tǒng)在更快檢測威脅和更快地響應(yīng)的能力方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但 RF 頻譜在爭奪主導(dǎo)地位的戰(zhàn)斗中處于擁塞和競爭狀態(tài)。
實時協(xié)作的工作在數(shù)據(jù)交換中造成了高度的復(fù)雜性。先進(jìn)的傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)和通信設(shè)備會產(chǎn)生前所未有的數(shù)據(jù)流，需要高數(shù)據(jù)速率、低延遲和高安全性的系統(tǒng)。這推動了對帶寬的爆炸式增長。
為了滿足帶寬需求，RF 系統(tǒng)必須更有效地利用 RF 頻譜。精確計時有助于實現(xiàn)這種效率：SiTime硅晶振的新型低相位噪聲、高穩(wěn)定性 MEMS Super-TCXO 是成功應(yīng)對沖突的基石，可在 RF 系統(tǒng)中提供更快、更準(zhǔn)確、更可靠和安全的數(shù)據(jù)傳輸。
一、時鐘是 RF 系統(tǒng)性能的核心
近年來，國防部制定了聯(lián)合全域指揮與控制 （JADC2） 戰(zhàn)略，以使用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)化技術(shù)，實現(xiàn)部隊和戰(zhàn)略伙伴之間更緊密的協(xié)作。該戰(zhàn)略致力于提高指揮與控制 （C2） 決策的速度、效率和有效性。這項工作包括一個集成的傳感器生態(tài)系統(tǒng)，用于全面了解上下文環(huán)境。它還解決了網(wǎng)絡(luò)的傳輸基礎(chǔ)設(shè)施問題，以專門提高速度和帶寬。該策略支持更好的決策，以及跨域的活動監(jiān)控，即使電磁頻譜退化和爭論也是如此。
頻率精度是有效信號處理的基石，可確保信號同步、高效頻譜使用、干擾抑制、抗干擾和可靠的系統(tǒng)性能。高性能時鐘可確保射頻系統(tǒng)（例如戰(zhàn)術(shù)無線電、數(shù)據(jù)鏈路、高級傳感器和衛(wèi)星通信用戶終端）在所有環(huán)境條件下始終如一地提供性能。這確保了整個任務(wù)的作戰(zhàn)能力。
頻率源的魯棒性是現(xiàn)代射頻系統(tǒng)中的關(guān)鍵選擇標(biāo)準(zhǔn)。隨著互連性擴(kuò)展到彈藥、小型無人機(jī)、小型衛(wèi)星和其他應(yīng)用，導(dǎo)致各種操作場景，頻率參考必須在各種環(huán)境中運(yùn)行。因此，解決方案不僅必須具有良好的頻率穩(wěn)定性和相位噪聲，還必須具有整個溫度的穩(wěn)定性、對振動的低敏感性、對沖擊的彈性以及更小的尺寸、重量和功率 （SWaP）。
石英 TCXO 和 OCXO 是 RF 系統(tǒng)的傳統(tǒng)時序源。雖然它們是適用于許多場景的成熟解決方案，但它們的局限性也是眾所周知的：它們可能很脆弱，會因溫度或振動而發(fā)生頻率跳躍，并且可能體積龐大且耗電。這通常會導(dǎo)致更復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，以適應(yīng) quartz 振蕩器的局限性。或者，它會導(dǎo)致定制的振蕩器解決方案，這些解決方案成本高昂，并且開發(fā)和采購的準(zhǔn)備時間很長。
SiTime 開創(chuàng)了硅 MEMS 計時技術(shù)，現(xiàn)在為 RF 系統(tǒng)提供改變游戲規(guī)則的低 SWaP-C（尺寸、重量和功率 - 成本）。SiTime 的新型 Endura™ 低噪聲 Super-TCXO 是堅固耐用的低相位噪聲 MEMS振蕩器，可提供：
低近載波相位噪聲：10 MHz 載波時 10 kHz 偏移時的相位噪聲為 -161 dBc/Hz
低寬帶相位噪聲：-175 dBc/Hz 寬帶相位噪聲（10 MHz 載波）
出色的頻率穩(wěn)定性：10 秒時 1E-11 艾倫偏差
無與倫比的 g 靈敏度：1E-11/g
高度堅固的設(shè)計：> 20,000 g 的抗沖擊能力
石英 OCXO 頻率穩(wěn)定性水平：在整個溫度范圍內(nèi)（-40 至 105°C）為 ±0.1 ppm，無溫度誘導(dǎo)頻率跳躍
極其緊湊和高效：5.0 x 3.5 x 1.2 mm3，< 150 mW，表面貼裝封裝
Endura Super-TCXO 性能的關(guān)鍵是用作頻率源的硅 MEMS 諧振器。MEMS 諧振器比典型的石英諧振器小近 1,000 倍，由封裝在超潔凈腔中的高強(qiáng)度硅材料制成，消除了導(dǎo)致頻率跳躍、老化和故障的污染。這種對高純度半導(dǎo)體工藝的使用帶來了無與倫比的質(zhì)量和可靠性，具有出色的零件間可重復(fù)性、可預(yù)測的系統(tǒng)性能和 10 億小時的平均故障間隔時間 （MTBF）。由于 MEMS諧振器重量輕，并且具有卓越的材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此 Endura Super-TCXO 具有很強(qiáng)的抗沖擊性和抗振性。
Endura Super-TCXO 采用 SiTime 的 DualMEMS® 技術(shù)，實現(xiàn)了卓越的溫度穩(wěn)定性。由于 MEMS 諧振器尺寸小，DualMEMS 技術(shù)可以在同一芯片上將兩個 MEMS 諧振器彼此緊密地組合在一起。第一個 MEMS 諧振器 TempFlat® 諧振器旨在實現(xiàn)超低溫度系數(shù)。第二個 MEMS 諧振器 TempSense 諧振器被特意設(shè)計為具有高溫系數(shù)。兩個 MEMS 諧振器之間的頻率差提供了極其精確的溫度讀數(shù) （~30 微開爾文），從而允許精確和快速的溫度補(bǔ)償。
三、低 SWaP-C Super-TCXO，適用于下一代穩(wěn)健可靠的射頻系統(tǒng)
SiTime 的新型 Endura 低相位噪聲 Super-TCXO 有望實現(xiàn)以前不可能的新型戰(zhàn)術(shù)無線電、衛(wèi)星通信用戶終端、數(shù)據(jù)鏈和高級傳感器的設(shè)計。Endura Super-TCXO 提高了通信靈敏度、質(zhì)量和可靠性，并支持開發(fā)具有高速數(shù)據(jù)速率、低延遲和頻譜利用率的系統(tǒng)，以實現(xiàn)實時、數(shù)據(jù)知情的決策和快速協(xié)調(diào)，這對運(yùn)營效率至關(guān)重要。
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