實(shí)現(xiàn)高頻輸出的方法

前言

數(shù)據(jù)傳輸速度和容量繼續(xù)增加，以支持流量的持續(xù)增長-主要是由于物聯(lián)網(wǎng)等的普及，對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)的需求

通信基礎(chǔ)設(shè)施正在推動(dòng)對(duì)高頻信號(hào)源的強(qiáng)勁需求-提供穩(wěn)定的輸出信號(hào)。一般來說，對(duì)于一個(gè)MHz范圍的AT切割晶體單元來說，振蕩頻率為在高頻下，晶體芯片的厚度必須減?。ㄒ?yàn)楹穸葲Q定了at切割晶體單元振蕩的頻率），但在處理方面存在限制方法、機(jī)械強(qiáng)度和易振蕩性。雖然這取決于加工精度，AT切割晶體的基頻限制在70MHz左右。因此，愛普生定位在大約70MHz的高頻范圍內(nèi)。產(chǎn)生如此穩(wěn)定的高頻信號(hào)不是那么簡單，但有四種方法（技術(shù)）可以實(shí)現(xiàn)高頻振蕩。在第一種方法中，AT切割晶體單元產(chǎn)生相對(duì)可控的晶體20MHz量級(jí)的振蕩頻率與鎖相環(huán)（PLL）電路相結(jié)合產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻信號(hào)。第二種方法是使用倒置臺(tái)面式AT切割晶體單元，其中僅使用光刻法減薄晶體的振動(dòng)部分工藝技術(shù)。產(chǎn)生高頻穩(wěn)定信號(hào)的第三種方法是使用表面-直接以高頻基波振蕩的聲波（SAW）諧振器。第四個(gè)該方法是使用以at切割晶體單元的高階振動(dòng)的振動(dòng)模式（泛音）。本技術(shù)說明簡要解釋了第一種方法，即使用PLL的方法，第二種方法是使用倒置臺(tái)面型AT切割晶體單元。

1.PLL電路和愛普生產(chǎn)品概述：可編程晶體振蕩器

1.PLL電路

以下是對(duì)PLL電路的解釋，高頻信號(hào)。用于無線通信的半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)取得了進(jìn)步，隨著包括無線通信組件的設(shè)備的傳播。在這些技術(shù)中，PLL電路技術(shù)的創(chuàng)新尤其令人震驚。PLL電路產(chǎn)生與輸入?yún)⒖夹盘?hào)同步的輸出信號(hào)。與由相位比較器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成的基本結(jié)構(gòu)VCO），PLL電路能夠產(chǎn)生與輸入精確同步的信號(hào)。

與倍頻電路不同，源信號(hào)不用于輸出。PLL電路使用

VCO以不同于源信號(hào)的頻率產(chǎn)生同步信號(hào)。通過在PLL電路VCO輸出和相位比較器之間插入分頻器輸入，使輸入信號(hào)和分頻信號(hào)同步，VCO輸出被控制到一個(gè)頻率，通過將輸入頻率乘以破乳比而獲得。要獲得此VCO輸出，請(qǐng)執(zhí)行以下操作在與晶體振蕩器相當(dāng)?shù)木认拢枰淖兤迫楸?，同時(shí)使用晶體振蕩器或可以產(chǎn)生穩(wěn)定輸入信號(hào)的類似組件。這就是頻率合成器背后的原理。

應(yīng)用這一原理，AT切割晶體單元的MHz頻帶輸出被輸入到PLL電路，以產(chǎn)生用于無線通信的GHz頻帶載波的信號(hào)。

使用PLL電路產(chǎn)生比輸入大很多倍的高頻的關(guān)鍵，頻率取決于分頻器的使用方式。實(shí)現(xiàn)n度輸出的方法

圖1所示的電路配置即為輸入頻率。如圖2所示，在PLL電路I/O之前和之后插入分頻電路，可以精確調(diào)整

輸出頻率。

提高PLL電路中頻率設(shè)置分辨率的典型方法包括引入頻率倍增器直接位于晶體振蕩源之后。但是，使用更高的分割，提高頻率設(shè)置分辨率的頻率導(dǎo)致較低的相位比較頻率，這導(dǎo)致PLL響應(yīng)性和環(huán)路增益的下降。這些反過來又對(duì)輸出波形抖動(dòng)和相位噪聲特性。解決這個(gè)問題的方法是使用例如分?jǐn)?shù)PLL。

2.整數(shù)鎖相環(huán)和分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)的特性

PLL電路主要分為兩類：整數(shù)和分?jǐn)?shù)。這兩種類型都使用振蕩以輸出高頻信號(hào)。以下是對(duì)主要特征的解釋。

顧名思義，整數(shù)PLL能夠產(chǎn)生整數(shù)輸出頻率輸入頻率的倍數(shù)。例如，如果你想從1MHz輸出100MHz信號(hào)

源，分頻器計(jì)數(shù)器設(shè)置為100。

相反，分?jǐn)?shù)PLL能夠產(chǎn)生分?jǐn)?shù)倍數(shù)的輸出頻率輸入頻率。此電路的好處是它允許您選擇任何頻率（啟用

您可以獲得精確的頻率設(shè)置分辨率）。

分?jǐn)?shù)PLL允許精確的頻率分辨率設(shè)置，初始頻率偏差可以這些特性可以精確地控制。

然而，缺點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，IC的尺寸變大這意味著特定的雜散傾向于發(fā)生。然而，隨著最近的技術(shù)進(jìn)步，正在努力減少虛假信息的發(fā)生到目前為止，這一直是使用分?jǐn)?shù)PLL的弱點(diǎn)。

3.愛普生產(chǎn)品陣容和產(chǎn)品特點(diǎn)

上面，我們研究了使用PLL電路作為實(shí)現(xiàn)高頻輸出的方法。這些方法的最大特點(diǎn)是能夠隨意創(chuàng)建所需的頻率。In換句話說，這些方法提供了必要的頻率，包括高頻，當(dāng)你需要他們。

愛普生的SG-8018、SG-8101系列，采用引入的分?jǐn)?shù)PLL電路技術(shù)，如上所述，該公司提供了各種尺寸的多樣化產(chǎn)品陣容（表1）。我們還提供ROM寫入器（SG Writer II）作為一種編程工具，允許客戶向SG-8000系列SG-8018、SG-8101系列使用AT切割晶體單元。三次曲線溫度特性AT切割晶體單元保持給定的溫度穩(wěn)定性，使我們能夠提供具有平滑的頻率特性，沒有頻率跳躍。

（具有重要溫度特性的一階線性振蕩器，如硅MEMS振蕩器需要電路補(bǔ)償以在給定溫度下保持穩(wěn)定性，并可能導(dǎo)致頻率跳躍的發(fā)生。）

此外，盡管使用了PLL電路，SG-820x系列的抖動(dòng)特性與通用SPXO（約為SG-8101的1/25），工作溫度可達(dá)+125°C。詳細(xì)信息請(qǐng)參閱技術(shù)說明：可編程振蕩器的低抖動(dòng)技術(shù)我們期待著幫助我們的客戶體驗(yàn)這些高度準(zhǔn)確的特征晶體單元與通過自由頻率設(shè)置實(shí)現(xiàn)的便利性相結(jié)合PLL電路技術(shù)。

表1：推薦的可編程晶體振蕩器產(chǎn)品陣容

2.倒置臺(tái)面AT切割晶體單元概述：HFF晶體單元及其特性

1.倒置臺(tái)面AT切割晶體單元：HFF（高頻基波）晶體單元臺(tái)地是一種具有陡峭墻壁和平坦頂部的地形。半導(dǎo)體產(chǎn)品，如經(jīng)過處理的晶體管，在觀察時(shí)呈梯形橫截面通常被稱為“臺(tái)面結(jié)構(gòu)”。倒置臺(tái)面AT切割晶體：HFF晶體單元（以下稱為“HFF晶體單元”）同樣是一種晶體，其中振蕩板的一部分通過形成梯形中空而變?。▓D1）。

晶體芯片越薄，頻率就越高。然而，基頻約為70 MHz通常被認(rèn)為是穩(wěn)定批量生產(chǎn)中可獲得的最高頻率使用機(jī)械研磨（芯片厚度約為24微米）的工藝。為了獲得更高的頻率比AT切割晶體的頻率高，更高階的振動(dòng)模式（通常是第三階泛音）通常必須使用（以獲得50MHz至150MHz的頻率）。然而，需要一個(gè)復(fù)雜的電路來控制第三泛音或其他振動(dòng)模式以獲得高頻。然而，愛普生在通過使用光刻工藝減小振蕩厚度的基本模式芯片的一部分只有幾微米，而留下的周圍更厚，以保持機(jī)械強(qiáng)度。

2.光刻技術(shù)

愛普生可以通過執(zhí)行精確的使用光刻技術(shù)對(duì)晶體材料進(jìn)行微加工。除了HFF晶體單元外，光刻還用于幾種晶體單元。例如，它用于在音叉晶體單元上微細(xì)加工槽結(jié)構(gòu)。它也被用于制造具有臺(tái)面結(jié)構(gòu)的AT切割晶體單元。下面，我使用AT切割晶體單元的制造以臺(tái)面結(jié)構(gòu)為例說明光刻加工技術(shù)。理想情況下，表現(xiàn)出厚度剪切振動(dòng)的晶體，如AT切割晶體，應(yīng)該只振蕩在芯片的中心；周圍區(qū)域不應(yīng)振蕩。這種效果可以通過以下方式獲得通過斜切某些MHz AT切割晶體單元，特別是那些在低頻下振蕩的晶體單元晶體芯片的邊緣，使得邊緣和中心的厚度不同。

圖2示意性地總結(jié)了傳統(tǒng)的機(jī)械加工和光刻處理。在機(jī)械加工過程中，晶體芯片是由其自身重量加工的，因此晶體芯片變小，加工變得更加困難，變化增加，影響特點(diǎn)。相比之下光刻處理能夠使芯片具有均勻的尺寸和形狀，而與芯片尺寸無關(guān)。即使對(duì)于極小的芯片也可以將變化最小化，可以獲得優(yōu)異的溫度特性（圖3）。光刻技術(shù)同樣可用于創(chuàng)建如圖1所示的倒置臺(tái)面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠在基本模式下進(jìn)行高頻振蕩，同時(shí)保持芯片的機(jī)械強(qiáng)度，使產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

3.使用HFF晶體單元的產(chǎn)品和產(chǎn)品特性

表2和表3顯示了使用高頻振蕩HFF晶體單元的愛普生產(chǎn)品基本。表2顯示了XO（晶體振蕩器）的推薦產(chǎn)品陣容，表圖3顯示了VCXO（壓控晶體振蕩器）的推薦產(chǎn)品陣容。VCXO是一種晶體產(chǎn)品，其頻率可以通過外部施加的電壓來控制。VCXO主要用于蜂窩基站和光傳輸系統(tǒng)。更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更高的容量增加了對(duì)更高頻率和更多功率的需求穩(wěn)定的信號(hào)源。因此，良好的溫度特性和出色的噪音需要諸如高頻AT切割晶體所提供的特性。

表2:XO推薦產(chǎn)品陣容

表3:VCXO推薦產(chǎn)品陣容

電源電壓：典型值3.3 V?？刂齐妷海?.65±1.65 V

3.結(jié)論

高頻信號(hào)源對(duì)于當(dāng)今的通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要設(shè)備，但有多種產(chǎn)生高頻輸出的電子元件可供選擇以滿足客戶的應(yīng)用或期望的規(guī)格。在本文中，以下方法討論了電子元件如何提供高頻輸出：（1）方便的可編程振蕩器，可以編程輸出期望的頻率；（2）AT切割振蕩器具有良好的振動(dòng)溫度特性直接在基本模式上。每種產(chǎn)品都有不同的特性，但所有產(chǎn)品的相同之處在于，它們利用了石英晶體的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。愛普生提供多種晶體產(chǎn)品，幾乎可以滿足任何應(yīng)用需求。這個(gè)本技術(shù)說明的目的是充分解釋石英晶體組件的高穩(wěn)定性希望在人們?cè)噲D為自己選擇最好的電子元件時(shí)有用應(yīng)用程序。