低 SWaP MEMS OCXO 增強 A-PNT 和出色的保持能力
來源：http://m.hneyq.com 作者：億金電子 2024年11月08
GPS 可隨時隨地使用，為武裝部隊提供精確的定位和導航。軍事行動是圍繞基于 GPS 的定位、導航和授時 （PNT） 技術構建的，因為與傳統系統相比，GPS 具有更高的準確性、可用性和可靠性。彈性和可靠的 PNT 對于任務成功至關重要。
不幸的是，GPS 信號容易受到干擾、欺騙和網絡攻擊。這些攻擊多年來有所增加。事實上，GPS World 指出，今年 3 月，東歐 1,600 多架飛機的 PNT 系統受到 GPS 干擾的影響。除了 GPS 攻擊之外，無意的環境因素也會損壞或中斷 GPS 信號。云層覆蓋、樹冠、崎嶇的地形或城市峽谷、電離層風暴和太陽耀斑都會干擾 GPS 信號。無論信號中斷是有意還是無意，它都會破壞 PNT 的準確性和可靠性，從而可能危及國防運營。保證 PNT （A-PNT） 系統增強了 GPS 以減輕這些干擾，從而獲得更具彈性和可靠的 PNT。
保持準確的時間是可靠定位和導航的基礎，并可實現關鍵戰術系統的同步。本文介紹了為什么與石英 OCXO 甚至芯片級原子鐘 （CSAC） 相比，新型商用現貨 （COTS） MEMS 恒溫控制振蕩器 （OCXO） 具有低尺寸、低重量和低功耗 （SWaP） 的特點是軍用 A-PNT 系統的有吸引力的選擇。
本地時鐘成為 A-PNT 的核心
GPS 為 PNT 系統提供參考時鐘，即計時源。參考計時不僅對于位置和導航至關重要，而且對于同步軍事行動中使用的系統也至關重要，例如指揮和控制、通信和情報、監視和偵察 （ISR）。
在 A-PNT 系統中，如果 primary timing reference 不可信或不可用，則本地 clock 成為 timing accuracy 的來源。本地時鐘需要在 GPS 信號丟失期間保持準確的時間，無論是秒、分鐘、小時還是天。PNT 系統即使在 GPS 信號丟失期間也能以指定的精度水平運行的能力稱為保持。保留時間以指定時間間隔內的時間誤差來衡量。保持性能由本地時鐘定義。
本地時鐘需要對環境條件具有彈性，包括溫度變化、加速度和振動。在校準到外部參考時鐘后，它們也可能隨著時間的推移而漂移。因此，選擇本地時鐘需要特別小心。例如，本振時鐘需要在任務期間滿足預期應力參數內的保持要求，例如溫度變化和振動。保持性能取決于振蕩器在溫度、艾倫偏差和日常老化以及沖擊和振動等機械力下的穩定性。
在大多數軍事任務配置文件中，找到一個在 24 小時內提供 1 μs 時間誤差的低 SWaP 振蕩器并非易事。傳統上，嚴格的要求要求需要定制的振動補償 OCXO，該 OCXO 的交貨時間可能很長且價格昂貴。另一種選擇是小型化原子鐘，它的交貨時間也很長，甚至更昂貴，在振動下性能不佳，而且又大又重。然而，今天，A-PNT 系統有了一種新的卓越保持替代方案：Endura Epoch 平臺™ OCXO。新型 MEMS Endura Epoch OCXO 提供 A-PNT 彈性和低 SWaP。
利用 MEMS Timing 技術提供行業基準性能
Epoch 平臺將先進的硅MEMS諧振器技術與優化的控制電路和創新封裝相結合，以克服傳統石英 OCXO 的局限性。自 15 年前將硅 MEMS 振蕩器推向市場以來，SiTime 通過持續專注的創新不斷改進 MEMS 計時技術的性能。
SiTime 使用硅 MEMS 諧振器作為頻率源。MEMS 諧振器比典型的石英諧振器小約 1,000 倍，由封裝在超潔凈腔中的高強度硅材料制成，消除了導致頻率跳躍、老化或故障的污染。硅 MEMS 技術利用高純度半導體工藝實現無與倫比的質量和可靠性。MEMS 諧振器重量輕、材料強度高、結構設計好，可實現抗沖擊和抗振動的設計。相比之下，石英 OCXO 通常會犧牲 SWaP 和性能，以實現與 Epoch OCXO 相同水平的抗沖擊和抗振性。
Endura Epoch OCXO 在以下方面優于商用抗振 OCXO：
1、0.01 ppb/g g 靈敏度 – 提高 70 倍
2、在 -40 至 +95°C 溫度范圍內具有 ±1 ppb 的穩定性 – 性能提高 20 倍
3、±0.01 ppb/°C ΔF/ΔT，溫度斜率穩定性 – 提高 10 倍
4、5E-12 艾倫偏差 （ADEV），0.1 至 1,000 秒 – 提高 4 倍
5、每天 0.1 ppb/天的老化 – 提高 10 倍
Endura Epoch OCXO 解決了傳統抗振 OCXO 的尺寸和功率問題：
1、9.0 x 7.0 x 3.6 mm3 表面貼裝封裝 – 體積縮小 20 倍
2、0.35 克 – 比振動補償石英 OCXO 設計輕 100 倍
2、0.35 克 – 比振動補償石英 OCXO 設計輕 100 倍
3、420 mW 典型 （3.3V） 功耗 – 功耗降低高達 2 倍
Epoch OCXO 采用 SiTime 專有的 DualMEMS® 技術，該技術將 TempFlat® MEMS 諧振器和 TempSense MEMS 溫度傳感器組合在同一芯片上。TempFlat 諧振器針對超低頻溫度系數進行了優化，而 TempSense 傳感器針對溫度傳感進行了優化。位于同一芯片上的兩個 MEMS 諧振器之間的頻率差提供了極其精確的溫度讀數（大約 30 微開爾文），并且允許非常精確的加熱器控制和快速溫度補償。專有的混合信號電路可以進行優化，以提供最大穩定性所需的嚴格控制，并具有出色的外部噪聲抗擾度。
Endura Epoch MEMS OCXO 利用大批量行業標準半導體和組件制造，實現無與倫比的質量和可靠性、較短的交付周期和可用性。根據統計過程控制和六西格瑪規范對制造進行管理，以提供客戶在其系統性能中看到的部件間一致性。
Endura Epoch OCXO 在緊湊、易于使用的封裝中提供性能和可靠性，有望在 GPS 競爭環境中實現更高水平的 A-PNT 系統性能。SiTime 與客戶保持密切關系，以了解使用案例，并致力于提供市場領先的解決方案，以滿足他們現在和未來的需求。Endura Epoch MEMS OCXO 可在 10 MHz 至 220 MHz 的頻率范圍內隨時提供，并提供 I2C 或 SPI 頻率牽引選項。
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