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どこでも簡単に動作する OCXO

OCXO (オーブン制御発振器) は、タイミングにおいて最高のパフォーマンスを提供します。約 ±50 ppb (10 億分の 1) 以上のOCXO レベルの安定性を達成できるタイミング サプライヤーはほとんどありません。 OCXO は Stratum 3E* レベルのタイミング安定性を提供するため、新世代になるたびにより厳しいタイミング パフォーマンスが要求される高スループット通信ネットワークで使用されます。今後、OCXO は、自動運転車などのミッションクリティカルなサービスをサポートする、新たな 5G および IEEE 1588 同期アプリケーションに不可欠となるでしょう。

OCXO はどのようにしてこの安定性を実現するのでしょうか?

これらの高精度発振器は、温度補償回路および発熱体とともに共振器を封入することにより、安定性が低下する主な原因の 1 つである温度変化下でも周波数を維持するように設計されています。しかし、これらの「オーブン化された」デバイスは内部温度を一定に保つように設計されていますが、従来の OCXO は依然として周囲温度の変化、特に温度が急速に変化する場合の影響を受けやすくなっています。

そのため、設計者は基板上のどこに発振器を配置するかを慎重に決定します。 OCXO は、空気流による熱衝撃を引き起こすファンや、重大な熱を発生する可能性のあるメイン処理ユニットから離れた隅に設置されることがよくあります。しかし、発振器をクロックを供給するチップから遠ざけることには、配線の複雑さの増加や潜在的な信号整合性の問題などのトレードオフがあります。当社の顧客の中には、OCXO のペースをどこに調整するかを決めるためだけに、ボード レイアウトを 3 ～ 5 回繰り返す必要がある人もいます。

多くの場合、OCXO は熱絶縁のために特別な機械シールドで覆われています。ただし、これらのカバーは通常、既製のアイテムではありません。カバーの設計と製造を行う専門ベンダーを見つけること、追加の基板スペース、カバーを接着するための追加の製造手順が必要になります。いずれも時間と費用がかかりますが、それでも確実ではありません。

これらの保護手段をすべて講じても、OCXO は安定性とパフォーマンスに影響を与える他の要因からまだ保護されていません。振動、湿度、時間（経年変化）、電源電圧や負荷インピーダンスなどの電気ノイズなどです。このため、タイミングが通信システムにおける障害の最大の原因となる可能性があります。少なくとも最初の MEMS ベースの OCXO であるEmerald Platformが導入されるまでは、OCXO の使用に伴うすべての頭痛とリスクを軽減する簡単な方法はありませんでした。

新しい超堅牢なソリューション

Emerald Platform は、正確なタイミングにおける革新的なソリューションであり、動的条件下でより優れた信頼性とパフォーマンスを提供します。これは、1 MHz ～ 220 MHz の任意の周波数と、 LVCMOS またはクリップされた正弦波出力をサポートできるプログラム可能なプラットフォームに基づいています。従来のクォーツベースの Stratum 3E OCXO と比較したいくつかの機能を次に示します。

• 空気流や熱衝撃下でのパフォーマンスが 10 倍向上
  • 温度範囲にわたる±5 ppbの周波数安定性
  • ΔF/ΔT 動的安定性: ±50 ppt/ ° C (代表値) (ppt = 兆分の 1)
  • アラン偏差 (ADEV): エアフロー下で 2e-11
• 20倍優れた耐振動性
  • 0.1ppb/ g
• アクティビティの低下やマイクロジャンプはありません
• 最小サイズ
  • 設置面積 9 x 7 mm、75% 小型化
  • 高さ6.5 mm、40% 薄くなりました
  • 石英 OCXO のドロップイン交換用に標準 OCXO フットプリントでも利用可能
• 半導体レベルの品質と信頼性
  • クォーツ OCXO のバッチ間の不一致を排除します。
  • 入荷したロットをサンプリングしてテストする必要はありません
• 比類のない使いやすさ
  • PCB の配置に制限なし
  • 熱絶縁のための機械的シールドは不要
  • オンチップレギュレータにより、外部 LDO やフェライトビーズは不要
  • 湿気に強い

長年にわたるクォーツ OCXO のタイミング問題を解決する

これまで、通信機器メーカーは繊細で使いにくいタイミング装置に依存する必要がありました。 Emerald Platform は、環境条件に敏感で保護対策が必要な石英 OCXO の長年の問題を解決するように設計されています。 Emerald 製品は、基板上のどこに配置されているか、フィールドのどこに展開されているかに関係なく、どこでも簡単に機能します。

つまり、設計者は OCXO の問題を心配することなく、夜によく眠ることができるようになりました。機器メーカーは、設計の複雑さを軽減し、開発時間を短縮し、収益を加速することができ、システムに本当に必要な場合には安定性を期待できます。

主要な通信タイミング パラメータと、Emerald のパフォーマンスがクォーツ OCXO とどのように比較されるかについては、来週また次のブログをお読みください。

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*Stratum 3 クロックのフリーラン安定性は 20 年間で ±4.6 ppm、ホールドオーバー要件は 24 時間で ±0.37 ppm (±370 ppb) であり、いずれもすべての条件下での周波数誤差を含みます。 Stratum 3E は Stratum 3 のより正確なバージョンで、フリーラン安定性は同じ ±4.6 ppm ですが、24 時間のホールドオーバー仕様で ±0.012 ppm (±12 ppb) であり、Stratum 3 よりも 37 倍厳密です。タイミング用語については、 「発振器用語集」をダウンロードしてください。