크리스털 오븐

Crystal oven
HP 디지털 주파수 카운터 내부의 OCXO.

결정오븐은 주변온도 변화에 따른 주파수 변화를 방지하기 위해 전자결정발진기의 석영결정을 일정온도로 유지하기 위해 사용되는 온도제어챔버이다.이런 유형의 발진기는 오븐 제어 크리스털 발진기(OCXO, 여기서 XO는 "결정 발진기"의 오래된 약어)로 알려져 있습니다.이 유형의 발진기는 결정으로 가능한 한 높은 주파수 안정성을 달성합니다.일반적으로 무선 송신기, 셀룰러 기지국, 군용 통신 장비의 주파수 제어 및 정밀 주파수 측정에 사용됩니다.

진공관 이동형 무선 송신기의 주파수를 안정시키기 위한 미니어처 크리스털 오븐.

묘사

석영 결정은 생성되는 주파수를 정밀하게 제어하기 위해 전자 발진기에 널리 사용됩니다.수정 결정 공진기가 진동하는 주파수는 물리적 치수에 따라 달라집니다.온도 변화에 따라 열팽창으로 인해 석영이 팽창하거나 수축하여 발진기에서 생성되는 신호의 주파수가 변경됩니다.석영은 열팽창 계수가 매우 낮지만, 온도 변화는 여전히 수정 발진기의 주파수 변동의 주요 원인입니다.

2016년부터 PCB 탑재 OCXO.

오븐은 결정과 하나 이상의 전기 가열 요소가 들어 있는 단열 인클로저입니다.회로 내의 다른 전자 부품도 온도 변화에 취약하기 때문에 일반적으로 발진기 회로 전체가 오븐에 밀폐되어 있습니다.폐쇄 루프 제어 회로의 서미스터 온도 센서는 히터에 대한 전력을 제어하고 오븐이 원하는 정확한 온도로 유지되도록 하기 위해 사용됩니다.오븐은 주변 온도 이상으로 작동하기 때문에 발진기는 일반적으로 전원이 공급된 후 작동 [1]온도에 도달하기 위해 예열 시간이 필요합니다.이 예열 기간 중에는 주파수의 정격 안정성이 완전히 확보되지 않습니다.

오븐에 선택되는 온도는 결정의 주파수 대 온도 곡선의 기울기가 0인 온도이므로 안정성이 더욱 향상됩니다.AT- 또는 SC-컷(스트레스-보상) 결정이 사용됩니다.SC 컷은 온도 범위가 넓어 0에 가까운 온도 계수가 달성되므로 워밍업 [2]시간이 단축됩니다.일반적으로 저항 발열체 대신 파워 트랜지스터가 히터에 사용됩니다.이들 출력은 전류의 제곱이 아닌 전류에 비례하여 제어 [2]루프의 게인을 선형화합니다.

크리스털 오븐의 일반적인 온도는 75°[3]C입니다.단,[4] 설정에 따라 30~80°C 사이일 수 있습니다.

대부분의 표준 상업용 결정은 0~70°C의 환경 온도로 지정되며 산업용 버전은 보통 -40~+85°[5]C로 지정됩니다.

정확성.

초기 크리스털 오븐 중 일부입니다.미국 표준국(현 NIST)의 이 정밀 100kHz 오븐 제어 수정 발진기는 1929년 미국의 주파수 표준이 되었습니다.

히터를 작동시키는 데 필요한 전력 때문에 OCXO는 주변 온도에서 작동하는 발진기보다 더 많은 전력을 필요로 하며, 히터, 열 질량 및 단열재에 대한 요구사항은 물리적으로 더 크다는 것을 의미합니다.따라서 시계와 같은 배터리 구동식 또는 미니어처 용도에는 사용되지 않습니다.그러나 그 대가로 오븐 제어 발진기는 결정에서 가능한 최고의 주파수 안정성을 달성한다.OCXO의 단기 주파수 안정성은 일반적으로 몇 초 동안 1×10이지만−12,[1] 장기 안정성은 결정의 노화에 의해 연간 약 1×10−8(10ppb)으로 제한됩니다.더 나은 정확도를 얻으려면 루비듐 표준, 세슘 표준 또는 수소 매저와 같은 원자 주파수 표준으로 전환해야 합니다.또 다른 저렴한 대안은 수정 발진기를 GPS 시간 신호로 조정하여 GPS 방식 발진기(GPSDO)를 만드는 것입니다.GPSDO는 정확한 시간 신호(UTC의 최대 30ns 이내)를 생성할 수 있는 GPS 수신기를 사용하여 장시간 10의 진동−13 정확도를 유지할 수 있습니다.

수정 오븐은 광학에도 사용된다.비선형 광학에 사용되는 결정에서는 주파수도 온도에 민감하기 때문에 특히 레이저 빔이 결정을 가열할 때 온도 안정화가 필요합니다.또한 결정의 고속 리튜닝이 종종 사용된다.이 응용을 위해서는 결정과 서미스터가 매우 밀접하게 접촉해야 하며 둘 다 가능한 한 낮은 열 용량을 가져야 합니다.결정이 깨지지 않도록 하려면 단시간에 큰 온도 변화를 피해야 합니다.

다른 주파수 표준과의 비교

발진기 타입* 정확도* 숙성/10년 RAD당 방사선량 힘 중량(g)
수정발진기(XO)[6] 10−5 ~ 10−4 10~20ppm - 2 × 10−12 20 µW 이십
온도보상수정발진기(TCXO)[6] 10개−6 2 ~ 5 장 / 분 - 2 × 10−12 100 µW 오십
마이크로컴퓨터보상수정발진기(MCXO)[6] 10−8 ~ 10−7 1~3ppm - 2 × 10−12 200 µW 백
오븐 제어 크리스털 발진기(OCXO)[6]
(5~10MHz)
(15~100MHz) 		2 × 10−8
5 × 10−7 		2 × 10−8 ~2 × 10−7
2 × 10−6 ~ 11 × 10−9 		- 2 × 10−12 1 ~ 3 W 200...500
루비듐 원자 주파수 표준(RbXO)[6] 10개−9 5 × 10−10 ~5 × 10−9 2 × 10−13 6 ~ 12 W 1500...2500
세슘 원자 주파수 표준[6] 10−12 ~ 10−11 10−12 ~ 10−11 2 × 10−14 25~40 W 10000...20000
위성위치확인시스템(GPS) 4−8 × 10 ~10−11
[7][8] 		10개−13 4 W 340
무선 시간 신호(DCF77) 4 × 10−13[9] 4.6 W[10] 87[11]

* 크기와 비용은 크리스털 발진기의 경우 5cm3 미만, Cs 규격의 경우 30리터 이상, 40,000US$까지 다양합니다.

** 군사환경의 영향과 1년간의 노후화도 포함됩니다.

레퍼런스

  1. ^ a b "OCXO". Glossary. Time and Frequency Division, NIST. 2008. Archived from the original on 2008-09-15. Retrieved 2008-08-07.
  2. ^ a b Marvin E., Frerking (1996). "Fifty years of progress in quartz crystal frequency standards". Proc. 1996 IEEE Frequency Control Symposium. Institute of Electrical and Electronics Engineers. pp. 33–46. Archived from the original on 2009-05-12. Retrieved 2009-03-31.
  3. ^ "Temperature Controller for Crystal Oven". freecircuitdiagram.com. Free Circuit Diagram. Retrieved 2009-11-17.
  4. ^ "EKSMA OPTICS - manufacturer of laser components - Oven for Nonlinear Crystals TK7". eksmaoptics.com. Archived from the original on 2012-06-18. Retrieved 2009-11-17.
  5. ^ "IQXO-350, -350I Commercial Oscillator" (PDF). surplectronics.com. Archived from the original (PDF) on 2012-03-30. Retrieved 2009-11-18.
  6. ^ a b c d e f "Tutorial Precision Frequency Generation Utilizing OCXO and Rubidium Atomic Standards with Applications for Commercial, Space, Military, and Challenging Environments IEEE Long Island Chapter March 18, 2004" (PDF). ieee.li. Retrieved 2009-11-16.
  7. ^ "Time and Frequency - Precisely the Way You Need It" (PDF). spectruminstruments.net. Retrieved 2009-11-18.
  8. ^ "GPS Time and Frequency Reference Receiver" (PDF). leapsecond.com. Retrieved 2009-11-18.
  9. ^ "URSI/IEEE XXIX Convention on Radio Science, Espoo, Finland, November 1-2, 2004" (PDF). vtt.fi. Retrieved 2009-11-18.
  10. ^ "Serial DCF77 radio clock Meinberg C51". meinberg.de. Retrieved 2009-11-18.
  11. ^ "ETH - IfE-Wearable Computing - Miniature pocket-worn motion sensor with DCF77 clock". wearable.ethz.ch. Archived from the original on 2011-07-06. Retrieved 2009-11-18.

외부 링크