MEMS Super-TCXOs:低相位噪聲和高穩(wěn)定性的射頻系統(tǒng)
來源:http://sanctuaryinlakeelmo.com 作者:億金電子 2024年11月07
據(jù) Frost 和 Sullivan 報(bào)道,數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)可能會(huì)決定未來沖突的結(jié)果。當(dāng)今的國(guó)家安全部隊(duì)在動(dòng)態(tài)操作環(huán)境中面臨著來自堅(jiān)定而老練的攻擊者的多重戰(zhàn)略挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)持續(xù)和新的威脅,國(guó)防部隊(duì)必須相互連接。他們必須共享實(shí)時(shí)信息,以增強(qiáng)態(tài)勢(shì)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(bào)、偵察和通信的射頻 (RF) 系統(tǒng)在更快檢測(cè)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(zhēng)奪主導(dǎo)地位的戰(zhàn)斗中處于擁塞和競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。
實(shí)時(shí)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(huì)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(dòng)了對(duì)帶寬的爆炸式增長(zhǎng)。
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(jì)時(shí)有助于實(shí)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(duì)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(shí)鐘是 RF 系統(tǒng)性能的核心
近年來,國(guó)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(shí)現(xiàn)部隊(duì)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(xiàng)工作包括一個(gè)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(dòng)監(jiān)控,即使電磁頻譜退化和爭(zhēng)論也是如此。
頻率精度是有效信號(hào)處理的基石,可確保信號(hào)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(shí)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(jí)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(gè)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(chǎng)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(gè)溫度的穩(wěn)定性、對(duì)振動(dòng)的低敏感性、對(duì)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(shí)序源。雖然它們是適用于許多場(chǎng)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(huì)因溫度或振動(dòng)而發(fā)生頻率跳躍,并且可能體積龐大且耗電。這通常會(huì)導(dǎo)致更復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì),以適應(yīng) quartz 振蕩器的局限性?;蛘?,它會(huì)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(shí)間很長(zhǎng)。
SiTime 開創(chuàng)了硅 MEMS 計(jì)時(shí)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(jiān)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(shí) 10 kHz 偏移時(shí)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(shí) 1E-11 艾倫偏差
無與倫比的 g 靈敏度:1E-11/g
高度堅(jiān)固的設(shè)計(jì):> 20,000 g 的抗沖擊能力
石英 OCXO 頻率穩(wěn)定性水平:在整個(gè)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(duì)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(cè)的系統(tǒng)性能和 10 億小時(shí)的平均故障間隔時(shí)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(jì),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(shí)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(gè) MEMS 諧振器彼此緊密地組合在一起。第一個(gè) MEMS 諧振器 TempFlat® 諧振器旨在實(shí)現(xiàn)超低溫度系數(shù)。第二個(gè) MEMS 諧振器 TempSense 諧振器被特意設(shè)計(jì)為具有高溫系數(shù)。兩個(gè) 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(shí)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(jí)傳感器的設(shè)計(jì)。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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)知情的決策和快速協(xié)調(diào),這對(duì)運(yùn)營(yíng)效率至關(guān)重要。
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