広い動作温度範囲で超高精度を提供するディジタルTCXO
カリフォルニア州サニーベール ― 2007年7月11日 ― マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ(NASDAQ：MXIM)は、TCXOで無類の高精度を備えたディジタル制御温度補償水晶発振器(DC TCXO)のDS4026を発表しました。DS4026は、±1.0ppm以下の周波数精度と安定性を非常に広い動作温度範囲(-40℃～+85℃)において提供します。10年以上の動作寿命において、この製品は、±4.6ppm以下の精度を提供し、優れた位相ノイズ性能と、1kHzのオフセットで-140dBc/Hzの特性を備えています。他のTCXOは、この精度も寿命も実現不可能です。
このディジタル調整可能なTCXOは、独自の設計および較正技術を採用しており、これらは、電気機械ストレス、温度変動、および周波数摂動(｢すなわち活動低下｣)の影響を排除しますが、これらは水晶素子がさまざまな温度で動作する際に励起されることが多いものです。このシステムは、期待される精度性能仕様を満たすため、全温度、電圧および特定の信号品質において、特定の水晶素子に合わせて個別に設定されるDSPデザイン用構成部品も使用します。この結果、ディジタル設計は非常に堅牢で、10年以上にわたり全温度範囲で他に例を見ない±1.0ppmを実現します。
従来のTCXOの性能の限界
TCXOは、多くの場合、テレコム、ワイヤレス、ナビゲーション、およびテストシステムにおけるシステムタイミング用に一次基準発振器を提供します。さらに、要求の厳しい多くのアプリケーションでは、通常-40℃～+85℃の広い温度範囲において±1.0ppm以下の基準発振器の安定性が要求されます。残念ながら、多くのTCXOデバイスは、電気機械ストレス、温度感度、および/または活動低下によって引き起こされる周波数変動の影響を受けます。これらの望ましくない周波数変動は全体のシステム性能を顕著に低下させます。この性能低下は、高いビット誤り率、低い送信距離、または高い隣接チャネル干渉の影響などとして現れます。
従来、非常に高精度な性能を必要とするシステムは、安定性が高く、しかし大型で高コストの温度制御型水晶発振器(OCXO)に依存していました。精度がより高いTCXOデバイスもありますが、温度と時間(つまり経時の影響)の変化に対して望ましいとは言えない不安定さを示す傾向がありました。これらの後者のデバイスも、望ましい周波数安定性である±1.0ppm以下を実現するために、一般的により狭い0℃～+70℃で仕様が規定されています。最後に、TCXOの経時仕様は、通常10年間以上の期間では考慮されておらず、1年単位で提供されています。
ATカットされた水晶においてアナログ補償技術を使用して｢本来のまま｣の活動変動を軽減させるのは、事実上不可能です。アナログ技術を使用した設計において、活動｢低下｣のある水晶を排除するためには、一般的に、より徹底した水晶の選別を行う必要があります。この追加の選別は、最終的なTCXO製品ソリューションのコストを増加させます。これとは対照的に、ディジタル補償では、ATカットされた水晶の温度補償に必要となる堅牢なアプローチや性能を常に提供してきたわけではありません。通常、ディジタルのアプローチは、TCXOの出力周波数にノイズ成分をもたらすからです。
TCXOの精度を低下させる環境要因を排除
温度に基づくステップサイズとステップの動きはディジタルTCXOでは制御されたことがありませんでした。これを実現させたことがDS4026の斬新な設計の要となっています。DS4026はノイズの多いディジタルTCXO設計の従来のジレンマを、有限ステップの補償方法によって克服します。この新しいアプローチは、較正のルーチンと独自の温度制御された水晶の読込み設計を特長としています。この設計では、各DS4026デバイスは、内蔵の水晶の本来のままの温度特性を補償するように出荷時に較正されています。この結果、ディジタル制御されたDS4026は、通常アナログTCXOのみが実現可能な性能を実現します。
プログラム可能なDSP技術は、スムーズなアナログの補償遷移曲線を提供するだけでなく、TCXO製品の活動変動に対する業界が抱える問題にも対処しています。｢DS4026は、デバイスの較正中にどのような活動低下も検出し、システムの全体性能に対するこの周波数異常の影響をゼロにするように動作します。｣(Dallas SemicondoctorのTCXOデバイスのビジネスマネージャーのPaul Nunn)
追加のシステム機能
ディジタルTCXOのDS4026は、TCXOでは通常見られないユニークな特長と機能を多く内蔵しています。これらの機能には、周波数の安定、トリミング、および較正のための、±3℃精度で読取り可能な温度センサおよび16ビットDSP制御DACなどがあります。周波数トリミングと温度読取りは、I²C制御インタフェースを通じて行われます。DS4026の周波数は、1ppb以下の分解能で調整可能で、調整範囲は±10ppm以上です。このデバイスは、3.3V ±5%の電源電圧範囲で動作し、標準的な300mil、16ピンSOPパッケージで提供されます。このデバイスはRoHSに完全対応しており、民生用および工業用温度範囲のバージョンで提供されます。
このTCXOは、非常に高精度で安定した時間基準を必要とするワイヤレスインフラアプリケーション、SONET/SDHシステム、計測およびテスト機器、およびGPSとナビゲーション機器などのアプリケーションをサポートします。
DS4026の参考価格は$20.00 (1万個以上、FOB USA)となっています。サンプルも提供されています。詳細についてはhttp://japan.maxim-ic.com/DS4026-infoをご覧ください。
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