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MEMS Super-TCXOs:低相位噪聲和高穩定性的射頻系統

來源：http://m.hneyq.com 作者：億金電子 2024年11月07

據 Frost 和 Sullivan 報道，數據優勢可能會決定未來沖突的結果。當今的國家安全部隊在動態操作環境中面臨著來自堅定而老練的攻擊者的多重戰略挑戰。為了應對持續和新的威脅，國防部隊必須相互連接。他們必須共享實時信息，以增強態勢感知和分析能力，從而更快、更有效地做出決策。用于監視、情報、偵察和通信的射頻（RF）系統在更快檢測威脅和更快地響應的能力方面發揮著關鍵作用，但 RF 頻譜在爭奪主導地位的戰斗中處于擁塞和競爭狀態。

實時協作的工作在數據交換中造成了高度的復雜性。先進的傳感器、監控系統和通信設備會產生前所未有的數據流，需要高數據速率、低延遲和高安全性的系統。這推動了對帶寬的爆炸式增長。

為了滿足帶寬需求，RF 系統必須更有效地利用 RF 頻譜。精確計時有助于實現這種效率：SiTime硅晶振的新型低相位噪聲、高穩定性 MEMS Super-TCXO 是成功應對沖突的基石，可在 RF 系統中提供更快、更準確、更可靠和安全的數據傳輸。

一、時鐘是 RF 系統性能的核心

近年來，國防部制定了聯合全域指揮與控制（JADC2）戰略，以使用先進的網絡強化技術，實現部隊和戰略伙伴之間更緊密的協作。該戰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系統，用于全面了解上下文環境。它還解決了網絡的傳輸基礎設施問題，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性能。高性能時鐘可確保射頻系統（例如戰術無線電、數據鏈路、高級傳感器和衛星通信用戶終端）在所有環境條件下始終如一地提供性能。這確保了整個任務的作戰能力。

頻率源的魯棒性是現代射頻系統中的關鍵選擇標準。隨著互連性擴展到彈藥、小型無人機、小型衛星和其他應用，導致各種操作場景，頻率參考必須在各種環境中運行。因此，解決方案不僅必須具有良好的頻率穩定性和相位噪聲，還必須具有整個溫度的穩定性、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）。

二、新型射頻級低相位噪聲硅 MEMS Super-TCXO 取代了石英 TCXO 和 OCXO

石英 TCXO 和 OCXO 是 RF 系統的傳統時序源。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生頻率跳躍，并且可能體積龐大且耗電。這通常會導致更復雜的系統設計，以適應 quartz 振蕩器的局限性。或者，它會導致定制的振蕩器解決方案，這些解決方案成本高昂，并且開發和采購的準備時間很長。

SiTime 開創了硅 MEMS 計時技術，現在為 RF 系統提供改變游戲規則的低 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

高度堅固的設計：> 20,000 g 的抗沖擊能力

石英 OCXO 頻率穩定性水平：在整個溫度范圍內（-40 至 105°C）為 ±0.1 ppm，無溫度誘導頻率跳躍

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度硅材料制成，消除了導致頻率跳躍、老化和故障的污染。這種對高純度半導體工藝的使用帶來了無與倫比的質量和可靠性，具有出色的零件間可重復性、可預測的系統性能和 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度和結構設計，因此 Endura Super-TCXO 具有很強的抗沖擊性和抗振性。

Endura Super-TCXO 采用 SiTime 的 DualMEMS® 技術，實現了卓越的溫度穩定性。由于 MEMS 諧振器尺寸小，DualMEMS 技術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® 諧振器旨在實現超低溫度系數。第二個 MEMS 諧振器 TempSense 諧振器被特意設計為具有高溫系數。兩個 MEMS 諧振器之間的頻率差提供了極其精確的溫度讀數（~30 微開爾文），從而允許精確和快速的溫度補償。

三、低 SWaP-C Super-TCXO，適用于下一代穩健可靠的射頻系統

SiTime 的新型 Endura 低相位噪聲 Super-TCXO 有望實現以前不可能的新型戰術無線電、衛星通信用戶終端、數據鏈和高級傳感器的設計。Endura Super-TCXO 提高了通信靈敏度、質量和可靠性，并支持開發具有高速數據速率、低延遲和頻譜利用率的系統，以實現實時、數據知情的決策和快速協調，這對運營效率至關重要。

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