블로그

Jan 25, 2024

마이크로컴퓨터 보상 수정 발진기가 마침내 우주에 진출할 준비가 되었습니다

1990년대부터 마이크로컴퓨터 보상 수정 발진기(MCXO)가 개발되었습니다.

1990년대부터 마이크로컴퓨터 보상 수정 발진기(MCXO)는 군용 및 상업용 항공 전자 공학, 지상 기반 전자 장치, 해저 석유 탐사 등 다양한 응용 분야에 사용되었습니다. 이러한 더 작고 가벼우며 저전력 장치는 더 크고 전력 소모가 큰 OCXO(오븐 제어 수정 발진기)를 대체하는 동시에 광범위한 작동 온도에서 비슷한 안정성을 제공할 수 있습니다. 그러나 MCXO 애플리케이션의 성배는 우주에서 사용하기 위한 것입니다. 높은 전력 소비와 큰 크기라는 큰 단점에도 불구하고 거의 모든 위성은 정확한 타이밍을 위해 최소한 하나의 OCXO를 사용합니다. MCXO의 장애물은 우주에 적합한 방사능 부품으로 조달하기 어려웠던 여러 디지털 장치를 사용한다는 것입니다. 지금까지.

이 기사에서는 수정 발진기 유형을 비교하고 독창적인 엔지니어링 설계와 방사선 경화 디지털 구성 요소를 결합하여 NewSpace 응용 분야에 적합한 최초의 MCXO를 소개합니다(그림 1).

그림 2에 표시된 모든 수정 발진기는 압전 수정 수정 공진기의 매우 안정적인 주파수 진동을 기반으로 합니다.

일반적으로 크리스털과 관련 회로는 수정 크리스털이 원하는 공진 주파수에서만 진동하도록 세심하게 설계 및 제작됩니다. 독립형 수정 발진기는 -55~+125℃의 넓은 군사 온도 범위에서 ±50ppm 미만의 주파수 안정성을 유지할 수 있으며 이는 대부분의 전자 애플리케이션에 충분합니다.

온도에 대해 보다 엄격하게 제어된 안정성이 필요한 경우 온도 보상 수정 발진기(TCXO)가 수정 회로를 추가하여 수정 주파수의 온도 변화를 수정하므로 약 ±1PPM을 달성할 수 있습니다.

더 많은 안정성이 필요한 경우 오븐 제어 크리스털 발진기는 이 기술을 사용하여 크리스털을 매우 정밀한 비례 제어 오븐 안에 넣습니다. 이를 통해 온도에 걸쳐 약 3배 더 나은 주파수 안정성을 얻을 수 있습니다. 그러나 OCXO는 크기, 무게 및 전력 소비가 훨씬 더 커집니다. 일반적인 OCXO는 최소한 몇 와트의 전력을 소비하는 반면, XO(단순 수정 발진기) 및 TCXO의 전력 소비는 밀리와트 단위로 측정됩니다. 또한 OCXO는 일반적으로 위상 잡음, 지터 및 장기 안정성(노화)을 비롯한 다른 중요한 발진기 매개변수에 대해 더 높은 성능을 제공합니다.

MCXO의 구동 목적은 OCXO의 성능을 달성하는 것이지만 전력 소비는 훨씬 낮고 워밍업(켜진 후 발진기가 필요한 안정성에 도달하는 데 걸리는 시간)은 훨씬 빠릅니다. 이를 위해 MCXO가 사용하는 믿을 수 없을 정도로 간단한 방법은 동시에 두 개의 서로 다른 주파수에서 수정 진동자를 작동하는 것입니다.

이렇게 하고 생성된 데이터를 조작함으로써 MCXO 크리스탈은 자체 감지 온도계가 됩니다. 즉, 크리스털은 본질적으로 특정 순간의 온도를 매우 높은 정밀도로 정확하게 알려주므로 TCXO보다 주파수가 더 정확하게 보상될 수 있습니다. 또한 OCXO보다 훨씬 적은 전력을 사용합니다.

MCXO의 온도 보상이 뛰어난 주요 이유 중 하나는 수정 공진기의 자체 온도 측정 기능으로 인해 별도의 온도계가 필요하지 않다는 것입니다.

모든 TCXO 및 OCXO에는 수정 공진기의 온도를 정밀하게 모니터링하기 위해 별도의 온도 센서가 필요합니다. OCXO의 경우 해당 온도를 원하는 오븐 온도로 지속적으로 수정하려면 크리스탈 온도를 알아야 합니다. TCXO의 경우 크리스털의 온도를 알면 보상 회로가 주파수-온도 변화로 인해 필요한 정확한 보정을 계산할 수 있습니다. 어려운 점은 질량 부하 및 오염 효과로 인해 온도 센서를 실제 수정 공진기에 장착할 수 없고 대신 수정의 밀봉된 패키지 외부에 장착해야 하며 열 시간 지연으로 인해 온도계가 절대 작동하지 않는다는 것입니다. 실제로 정확한 수정 공진기의 온도에 있어야 합니다.