低 SWaP MEMS OCXO 增強(qiáng) A-PNT 和出色的保持能力
來源：http://www.sdyoujian.cn 作者：億金電子 2024年11月08
GPS 可隨時隨地使用，為武裝部隊提供精確的定位和導(dǎo)航。軍事行動是圍繞基于 GPS 的定位、導(dǎo)航和授時 （PNT） 技術(shù)構(gòu)建的，因為與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，GPS 具有更高的準(zhǔn)確性、可用性和可靠性。彈性和可靠的 PNT 對于任務(wù)成功至關(guān)重要。
不幸的是，GPS 信號容易受到干擾、欺騙和網(wǎng)絡(luò)攻擊。這些攻擊多年來有所增加。事實上，GPS World 指出，今年 3 月，東歐 1,600 多架飛機(jī)的 PNT 系統(tǒng)受到 GPS 干擾的影響。除了 GPS 攻擊之外，無意的環(huán)境因素也會損壞或中斷 GPS 信號。云層覆蓋、樹冠、崎嶇的地形或城市峽谷、電離層風(fēng)暴和太陽耀斑都會干擾 GPS 信號。無論信號中斷是有意還是無意，它都會破壞 PNT 的準(zhǔn)確性和可靠性，從而可能危及國防運(yùn)營。保證 PNT （A-PNT） 系統(tǒng)增強(qiáng)了 GPS 以減輕這些干擾，從而獲得更具彈性和可靠的 PNT。
保持準(zhǔn)確的時間是可靠定位和導(dǎo)航的基礎(chǔ)，并可實現(xiàn)關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)的同步。本文介紹了為什么與石英 OCXO 甚至芯片級原子鐘 （CSAC） 相比，新型商用現(xiàn)貨 （COTS） MEMS 恒溫控制振蕩器 （OCXO） 具有低尺寸、低重量和低功耗 （SWaP） 的特點是軍用 A-PNT 系統(tǒng)的有吸引力的選擇。
本地時鐘成為 A-PNT 的核心
GPS 為 PNT 系統(tǒng)提供參考時鐘，即計時源。參考計時不僅對于位置和導(dǎo)航至關(guān)重要，而且對于同步軍事行動中使用的系統(tǒng)也至關(guān)重要，例如指揮和控制、通信和情報、監(jiān)視和偵察 （ISR）。
在 A-PNT 系統(tǒng)中，如果 primary timing reference 不可信或不可用，則本地 clock 成為 timing accuracy 的來源。本地時鐘需要在 GPS 信號丟失期間保持準(zhǔn)確的時間，無論是秒、分鐘、小時還是天。PNT 系統(tǒng)即使在 GPS 信號丟失期間也能以指定的精度水平運(yùn)行的能力稱為保持。保留時間以指定時間間隔內(nèi)的時間誤差來衡量。保持性能由本地時鐘定義。
本地時鐘需要對環(huán)境條件具有彈性，包括溫度變化、加速度和振動。在校準(zhǔn)到外部參考時鐘后，它們也可能隨著時間的推移而漂移。因此，選擇本地時鐘需要特別小心。例如，本振時鐘需要在任務(wù)期間滿足預(yù)期應(yīng)力參數(shù)內(nèi)的保持要求，例如溫度變化和振動。保持性能取決于振蕩器在溫度、艾倫偏差和日常老化以及沖擊和振動等機(jī)械力下的穩(wěn)定性。
在大多數(shù)軍事任務(wù)配置文件中，找到一個在 24 小時內(nèi)提供 1 μs 時間誤差的低 SWaP 振蕩器并非易事。傳統(tǒng)上，嚴(yán)格的要求要求需要定制的振動補(bǔ)償 OCXO，該 OCXO 的交貨時間可能很長且價格昂貴。另一種選擇是小型化原子鐘，它的交貨時間也很長，甚至更昂貴，在振動下性能不佳，而且又大又重。然而，今天，A-PNT 系統(tǒng)有了一種新的卓越保持替代方案：Endura Epoch 平臺™ OCXO。新型 MEMS Endura Epoch OCXO 提供 A-PNT 彈性和低 SWaP。
利用 MEMS Timing 技術(shù)提供行業(yè)基準(zhǔn)性能
Epoch 平臺將先進(jìn)的硅MEMS諧振器技術(shù)與優(yōu)化的控制電路和創(chuàng)新封裝相結(jié)合，以克服傳統(tǒng)石英 OCXO 的局限性。自 15 年前將硅 MEMS 振蕩器推向市場以來，SiTime 通過持續(xù)專注的創(chuàng)新不斷改進(jìn) MEMS 計時技術(shù)的性能。
SiTime 使用硅 MEMS 諧振器作為頻率源。MEMS 諧振器比典型的石英諧振器小約 1,000 倍，由封裝在超潔凈腔中的高強(qiáng)度硅材料制成，消除了導(dǎo)致頻率跳躍、老化或故障的污染。硅 MEMS 技術(shù)利用高純度半導(dǎo)體工藝實現(xiàn)無與倫比的質(zhì)量和可靠性。MEMS 諧振器重量輕、材料強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)設(shè)計好，可實現(xiàn)抗沖擊和抗振動的設(shè)計。相比之下，石英 OCXO 通常會犧牲 SWaP 和性能，以實現(xiàn)與 Epoch OCXO 相同水平的抗沖擊和抗振性。
Endura Epoch OCXO 在以下方面優(yōu)于商用抗振 OCXO：
1、0.01 ppb/g g 靈敏度 – 提高 70 倍
2、在 -40 至 +95°C 溫度范圍內(nèi)具有 ±1 ppb 的穩(wěn)定性 – 性能提高 20 倍
3、±0.01 ppb/°C ΔF/ΔT，溫度斜率穩(wěn)定性 – 提高 10 倍
4、5E-12 艾倫偏差 （ADEV），0.1 至 1,000 秒 – 提高 4 倍
5、每天 0.1 ppb/天的老化 – 提高 10 倍
Endura Epoch OCXO 解決了傳統(tǒng)抗振 OCXO 的尺寸和功率問題：
1、9.0 x 7.0 x 3.6 mm3 表面貼裝封裝 – 體積縮小 20 倍
2、0.35 克 – 比振動補(bǔ)償石英 OCXO 設(shè)計輕 100 倍
2、0.35 克 – 比振動補(bǔ)償石英 OCXO 設(shè)計輕 100 倍
3、420 mW 典型 （3.3V） 功耗 – 功耗降低高達(dá) 2 倍
Epoch OCXO 采用 SiTime 專有的 DualMEMS® 技術(shù)，該技術(shù)將 TempFlat® MEMS 諧振器和 TempSense MEMS 溫度傳感器組合在同一芯片上。TempFlat 諧振器針對超低頻溫度系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，而 TempSense 傳感器針對溫度傳感進(jìn)行了優(yōu)化。位于同一芯片上的兩個 MEMS 諧振器之間的頻率差提供了極其精確的溫度讀數(shù)（大約 30 微開爾文），并且允許非常精確的加熱器控制和快速溫度補(bǔ)償。專有的混合信號電路可以進(jìn)行優(yōu)化，以提供最大穩(wěn)定性所需的嚴(yán)格控制，并具有出色的外部噪聲抗擾度。
Endura Epoch MEMS OCXO 利用大批量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體和組件制造，實現(xiàn)無與倫比的質(zhì)量和可靠性、較短的交付周期和可用性。根據(jù)統(tǒng)計過程控制和六西格瑪規(guī)范對制造進(jìn)行管理，以提供客戶在其系統(tǒng)性能中看到的部件間一致性。
Endura Epoch OCXO 在緊湊、易于使用的封裝中提供性能和可靠性，有望在 GPS 競爭環(huán)境中實現(xiàn)更高水平的 A-PNT 系統(tǒng)性能。SiTime 與客戶保持密切關(guān)系，以了解使用案例，并致力于提供市場領(lǐng)先的解決方案，以滿足他們現(xiàn)在和未來的需求。Endura Epoch MEMS OCXO 可在 10 MHz 至 220 MHz 的頻率范圍內(nèi)隨時提供，并提供 I2C 或 SPI 頻率牽引選項。
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