КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ КОМПАНИИ GEYER ELECTRONIC

Компании Geyer Electronic International производит стандартные и прецизионные кварцевые резонаторы с рабочими частотами в диапазоне от 32,768 кГц до 200 МГц для генераторов опорных частот, таймеров, систем синхронизации и точного времени, устройств передачи данных, частотной селекции и обработки сигналов.
Благодаря применению материалов самого высокого качества (практически идеальных монокристаллов кварца) и тщательно отработанной технологии производства в кварцевых резонаторах достигнуто сочетание высокой стабильности температурных характеристик в течение всего срока эксплуатации с низким уровнем флуктуаций и повышенной надёжностью.
Кварцевые резонаторы выпускаются в металлическом или керамическом корпусе в широком ассортименте типоразмеров толщиной от 13 до 0,7 мм со стандартными частотами или с частотами, определяемыми требованиями заказчиков. Выполняются также другие специфические требования заказчиков: номера обертона, показателей старения, параметров эквивалентной схемы замещения, калибровки резонансных частот, диапазона рабочих температур, габаритных размеров, толщины и типа корпуса, класса герметизации, количества и расположения выводов, маркировки и других параметров.
В стандартных кварцевых резонаторах используются кристаллы с АТ-срезом. В прецизионных кварцевых резонаторах и кварцевых генераторах применяются кристаллы как с AT, так и кристаллы с SC, IT и другими срезами, обеспечивающими улучшенные показатели качества.
Компания выпускает модели с повышенной стойкостью к механическим и радиационным воздействиям, а также резонаторы, способные функционировать при повышенной (до +200 °С) температуре окружающей среды.
Выходной сигнал для тактовых генераторов (Clocks) – трапецеидальный с заданными уровнями логики (PECL, TTL, HCMOS, LVDS и др.) с нагрузочной способностью до 16 мА, для некоторых моделей – синусоидальный с мощностью до +7…+20 дБмВт на нагрузке 50 Ом. Для тактовых генераторов нормируются:
• среднеквадратический уровень флуктуаций фронта – джиттер (по умолчанию – в полосе 12 кГц…20 МГц)
• несимметрия формы – от 45/55% до 49/51%
• длительность фронта сигнала.
Время выбега частоты после включения 5…10 мс.
Генераторы размещаются в компактных керамических или металлических герметичных корпусах, некоторые модели выполняются в виде модулей с разъёмом SMA. В ряде моделей встроен выходной буферный каскад с повышенной нагрузочной способностью, позволяющий отключать генератор или иметь трёхстабильное состояние выхода.

В термостатированных кварцевых генераторах (ОСХО) используются помещённые в микротермостат кварцевые резонаторы AT, SC или IT среза с вумя перегибами температурно-частотной характеристики. Наиболее высокая стабильность частоты, до ±0,05 ppb (1 ppb – миллиардная доля), достигается в моделях с двойным термостатированием (DOCXO). Время прогрева (выбег частоты) – несколько минут. Потребляемая мощность для многих OCXO от 2 до 4 Вт во время прогрева и 1 Вт в установившемся режиме. Для уменьшения старения резонатор вакуумируется и применяются вакуумированные кварцевые генераторы (EMXO). Во многих моделях предусмотрена возможность механической и/или электронной коррекции частоты.
В термокомпенсированных кварцевых генераторах (ТСХО) гражданского назначения используются встроенные датчик температуры (термистор), подстройка частоты с помощью варикапа и система автоматической подстройки частоты, компенсирующая ее температурные уходы. Выбор типа среза кварца обеспечивает наименьшее изменения его резонансной частоты в выбранном температурном диапазоне с двумя точками экстремума.
Температурная стабильность частоты имеет значения от ±0,05 до ±5 ppm в диапазонах температур от 0/50 до –40/85°С. Для снижения эффекта старения кварца до уровня ±1 ppm/год и ±10 ppb/сутки используют специальные углы среза кварца, вакуумирование корпуса и/или встроенный стабилизатор напряжения питания. Во многих моделях реализована возможность механической и/или электронной коррекции ухода частоты.
Выпускаются 32 серии ТСХО гражданского назначения с выходными частотами до 900 МГц (на высоких частотах применяется встроенный умножитель частоты), ряд из них удовлетворяет жестким требованиям стандарта Strаtum3.
Кроме того, ряд серий заказных TCXO предназначен для военных и космических условий эксплуатации.
Рассмотрим некоторые генераторы, выпускаемые компанией.
Генератор KXO-V93T
Внешний вид генератора приведен на рис. 1. Основные параметры генератора KXO-V93T[1]:
• диапазон частот 1.0…80.0 МГц
• нестабильность частоты
• в диапазоне от -40 до 85 °C ±50 ppm, в диапазоне -20…70 °C – ±30 ppm
• диапазон рабочих температур -40…85 °C
• напряжение питания VDD +1.8/2.5/3.3 В ±5%
• максимальный ток потребления 2 мА при частоте сигнала 40 МГц при напряжении питания 3.3 В, без нагрузки
• длительность импульса 0.5 периода на уровне VDD/2
• длительность фронта и спада не более 4.5 нс
• уровень логического «0» не более 0.1VDD
• уровень логической «1» не менее 0.9 VDD
• диапазон изменения напряжения питания 1.6…3.6 В
• выход с тремя состояниями (управление по выводу 1)
• максимальная емкость нагрузки 15 пФ
• время старта не более 5 мс при напряжении питания 1.8 В, 2 мс при 3.3 В

Рис. 1. Кварцевый генератор KXO-V93T

• время отключения не более 200 нс
• время включения не более 5 мс
• ток потребления в режиме сна не более 10 мкА («0» на выводе 1)
• случайное дрожание выходного сигнала 2.9 пс при напряжении питания 3.3 В
• общее дрожание не более 40 пс при напряжении питания 3.3 В
• габаритные размеры 1.6×1.2×0.6 мм.

Генератор TCXO KXO-88 с синусоидальным
выходным сигналом
Внешний вид генератора КХО-88 приведен на рис. 2.

Рис. 2. Кварцевый генератор KXO-88

Основные параметры КХО-88 [2]:
• диапазон частот 26.0…52.0 МГц
• допуск на начальное значение частоты не более ±1.5 ppm
• нестабильность частоты:
◊ ±0.5 ppm в диапазоне температур -30…85 °C (по отношению к значению при 25 °C)
◊ ±0.2 ppm при изменении напряжения питания VDD ±5%
◊ ±0.2 ppm при изменении нагрузки
◊ ±1 ppm за счет старения в течение года
• нагрузка 10 кОм ±10% / 10 пФ ±10%
• выходной сигнал ограниченный по амплитуде синусоидальный
• диапазон рабочих температур -30…85 °C
• напряжение источника питания +1.8…3.6 В
• ток потребления не более 1.5 мА без нагрузки
• время старта не более 2 мс
• изменение частоты после оплавления припоем не более ±1.5 ppm
• фазовый шум не более:
◊ -115 дБн/Гц в диапазоне частот 100 Гц
◊ -130 дБн/Гц в диапазоне частот 1 кГц
◊ -150 дБн/Гц в диапазоне частот 10 кГц
◊ -155 дБн/Гц в диапазоне частот 100 кГц
• габаритные размеры 16×12×0.6 мм.

Генератор, управляемый напряжением, KXO-59
Внешний вид ГУН КХО-59 приведен на рис. 3. Основные параметры ГУН КХО-59 [3] приведены в табл. 1.

Рис. 3. Внешний вид генератора, управляемого напряжением, КХО-59

Таблица 1. Основные параметры ГУН КХО-59

Термокомпенсированный кварцевый
генератор, управляемый напряжением KXO-82
Термокомпенсированный кварцевый генератор VCTCXO KXO-82 (рис. 4) обладает высокой температурной стабильностью.

Рис. 4. Внешний вид термокомпенсированного
кварцевого генератора KXO-82

Основные параметры VCTCXO KXO-82:
• диапазон частот 10.0…30.0 МГц
• допуск на начальное значение частоты не более ±1.5 ppm
◊ нестабильность частоты:
◊ ±0.5 ppm в диапазоне температур -30…85 °C (по отношению к значению при 25 °C)
◊ ±0.2 ppm при изменении напряжения питания VDD ±5%
◊ ±0.2 ppm при изменении нагрузки
◊ ±1 ppm за счет старения в течение года
• нагрузка 10 кОм ±10% / 10 пФ ±10%
• выходной сигнал, ограниченный по амплитуде синусоидальный
• минимальное размах выходного напряжения 0.8 В на нагрузке 10 кОм/10 пФ
• диапазон рабочих температур -30…80 °C
• напряжение источника питания +1.6…3.6 В
• номинальное напряжение питания 3.3 В
• ток потребления 1.2 мА (не более 2 мА) без нагрузки
• время старта не более 3 мс
• напряжение управления подстройкой частоты 0.5VDD ±1 В
• подстройка значения частоты ±5 ppm
• фазовый шум не более:
◊ -80 дБн/Гц в диапазоне частот 10 Гц
◊ -110 дБн/Гц в диапазоне частот 100 Гц
◊ -130 дБн/Гц в диапазоне частот 1 кГц
◊ -145 дБн/Гц в диапазоне частот 10 кГц
◊ -150 дБн/Гц в диапазоне частот 100 кГц
◊ -150 дБн/Гц в диапазоне частот 1 МГц
• габаритные размеры 7x5x2.4 мм.
Типовая зависимость отклонения частоты кварцевых генераторов от температуры приведена на рис. 5 [5].

Рис. 5. Типовая зависимость отклонения частоты кварцевых генераторов от температуры

ЛИТЕРАТУРА
1.https://www.geyer-electronic.com/uploads/tx_userartikelfrequenz/ GEYER-KXO-V93T_02.pdf
2.https://www.geyer-electronic.com/uploads/tx_userartikelfrequenz/ GEYER-KXO-88-TCXOsinewave_02.pdf
3.https://www.geyer-electronic.com/uploads/tx_userartikelfrequenz/GEYER-KXO-59-V1_02.pdf
4.https://www.geyer-electronic.de/fileadmin/user_upload/frequenz/service/GEYER-Oscillators-Edition-11-2019.pdf
5.https://www.geyer-electronic.de/fileadmin/user_upload/frequenz/service/GEYER-Handling-Notes-Quarz-Crystals_10_2021_2.pdf