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首頁(yè)行業(yè)博客 “慧眼”HXMT上天,石英晶振搭乘了嗎？

“慧眼”HXMT上天,石英晶振搭乘了嗎？

來(lái)源：http://www.mingdakt.cn 作者： 2017年06月20

新華社2017年6月15日11時(shí)新聞：我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”。這次發(fā)射還搭載了國(guó)內(nèi)外3顆小衛(wèi)星。
“慧眼”全稱硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星（HXMT，Hard X-ray Modulation Telescope），是我國(guó)首顆大型X射線天文衛(wèi)星，設(shè)計(jì)壽命4年，承載高能、中能、低能X射線望遠(yuǎn)鏡和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)巡天觀測(cè)、定點(diǎn)觀測(cè)和小天區(qū)掃描3種工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)寬波段、高靈敏度、高分辨率的X射線空間觀測(cè)。科研人員給“慧眼”配了一名專屬的“太空信使”——數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)，它的主要功能是將硬X射線望遠(yuǎn)鏡搜集到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄系統(tǒng)或通過(guò)無(wú)線方式傳輸?shù)降孛娼邮照尽?jù)介紹，衛(wèi)星成功發(fā)射和正常運(yùn)行后，將推動(dòng)我國(guó)高能天體物理研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

厲害了，我的國(guó)！我真心為國(guó)家航天科技發(fā)展和航天人點(diǎn)贊。因?yàn)閺氖率⒕д裥袠I(yè)，我知道石英晶體振蕩器在航天衛(wèi)星的應(yīng)用，只是這么高大上的衛(wèi)星技術(shù)，會(huì)用到哪類石英晶振呢？誰(shuí)家的晶振有那么幸運(yùn)能搭乘“慧眼”遨游太空呢？
常說(shuō)的晶振其全稱是石英晶體諧振器，是石英晶體元器件中的一種。晶振是各電路的“心跳”發(fā)生器，因?yàn)槭⒕w振蕩器具有頻率穩(wěn)定度高這一特點(diǎn)，在電子技術(shù)領(lǐng)域中一直占有重要的地位。石英晶體振蕩器在遠(yuǎn)程通信、衛(wèi)星通信、移動(dòng)電話系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、導(dǎo)航、遙控、航空航天、高速計(jì)算機(jī)、精密計(jì)測(cè)儀器及消費(fèi)類民用電子產(chǎn)品中，作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源或脈沖信號(hào)源，提供頻率基準(zhǔn)，是其它類型的振蕩器所不能替代的。
貼片晶振是表貼式的石英晶體，它是一種無(wú)突出引腳的的晶體振蕩器, 能提供高精度振蕩，因其形狀似貼片于是被稱作貼片晶振。貼片晶振也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類型，無(wú)源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。

OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)恒溫晶體振蕩器，是利用恒溫槽使晶體振蕩器或石英晶體振子的溫度保持恒定，將由周圍溫度變化引起的振蕩器輸出頻率變化量削減到最小的晶體振蕩器。OCXO主要用于移動(dòng)通信基地站、國(guó)防、導(dǎo)航、頻率計(jì)數(shù)器、頻譜和網(wǎng)絡(luò)分析儀等設(shè)備、儀表中。依據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域及工作溫度需求, 因應(yīng)了許多不同的石英切割角度種類. 例如AT-, BT-, CT-, DT-, NT, GT…..等不同的切割板片. 不同的切割方向的板片具有不同的彈性常數(shù)張量(elastic constant tensor), 不同的壓電常數(shù)張量(piezoelectric constant tensor)及不同的介電常數(shù)張量(dielectric constant tensor). 這些張量在石英組件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用上展現(xiàn)了不同的振蕩及溫度特性. (下圖)表現(xiàn)了在Z-plat石英結(jié)構(gòu)上,幾種不同方向的石英板片切割方式.

近幾年OCXO的技術(shù)水平有了很大的提高。日本電波工業(yè)公司（Tokyo Denpa Co., Ltd.）開(kāi)發(fā)的使用應(yīng)力補(bǔ)償切割（SCCut）石英晶體振子制作的OCXO新器件功耗僅為老產(chǎn)品的1/10，在克服OCXO功耗較大這一缺點(diǎn)方面取得了重大突破。具有高得多的頻率穩(wěn)定度和非常低的相位噪聲。相位噪聲是指信號(hào)功率與噪聲功率的比率（C/N），是表征頻率顫抖的技術(shù)指標(biāo)。美國(guó)賓夕法尼亞的PiezoCrystal的275型用于全球定位系統(tǒng)（GPS）的OCXO采用SC切形石英晶體振子，在0～75℃范圍內(nèi)總頻偏小于±0.005ppm，最大老化率為±0.005ppm/年。到目前為止，SC切晶體在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)規(guī)模還處于初期階段，國(guó)內(nèi)晶振廠商使用的SC晶體主要進(jìn)口。
說(shuō)到OCXO晶振在航天航空上的應(yīng)用，讓我想到美國(guó)的Vectron國(guó)際公司。美國(guó)Vectron International（維管國(guó)際）是世界領(lǐng)先的頻率控制、傳感器和混合產(chǎn)品解決方案的設(shè)計(jì)、制造和營(yíng)銷的領(lǐng)導(dǎo)者，總部設(shè)在美國(guó)密歇根哈德遜，產(chǎn)品包括晶體和晶體振蕩器，頻率轉(zhuǎn)換器，時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)產(chǎn)品，表面聲波濾波器，晶體濾波器和用于電信、數(shù)據(jù)通信、頻率合成器、定時(shí)、導(dǎo)航、軍事、航空和儀表系統(tǒng)的組件。在水晶振蕩器和濾鏡設(shè)計(jì)方面都以其技術(shù)能力而聞名。公司提供的創(chuàng)新和能力反映了高頻率、低成本設(shè)計(jì)和小型化的趨勢(shì)，以及更先進(jìn)的綜合解決方案。其中一些關(guān)鍵技術(shù)包括: ASIC設(shè)計(jì)、表面安裝技術(shù)、陶瓷封裝、混合制造到類“S”、“高頻基礎(chǔ)”(HFF)晶體設(shè)計(jì)和空間組件能力。美國(guó)威克創(chuàng)國(guó)際擁有突出的高頻基協(xié)波和SC切割晶體的離散晶體技術(shù)，及100級(jí)和10000級(jí)潔凈室設(shè)施生產(chǎn)領(lǐng)先前沿的陶瓷包裝VCXO晶振。Vectron國(guó)際公司的核心技術(shù)包括經(jīng)典水晶、表面聲波濾波器技術(shù)和復(fù)雜的集成電路和先進(jìn)的包裝。Vectron晶振最新的 OX–249晶振用普通的太空用途的溫補(bǔ)晶振的封裝實(shí)現(xiàn)SC切割恒溫晶振的性能，填補(bǔ)了存在于小體型、低能量和大尺寸、高能量的太空用途的恒溫晶振之間所呈現(xiàn)的成本、尺寸、性能的缺口， Vectron國(guó)際的方案實(shí)現(xiàn)了性能和小型化的有力結(jié)合。OX–249晶振主要用于人造空間飛行器、深度空間探測(cè)、國(guó)防衛(wèi)星、商業(yè)衛(wèi)星和科學(xué)衛(wèi)星。

數(shù)字化間接溫度補(bǔ)償(DTCXO)是在模擬式補(bǔ)償電路中的溫度—電壓變換電路之后再加一級(jí)模/數(shù)（A/D）變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償，使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高。比如愛(ài)普生晶振中的RA8900系晶振和RX8900系晶振就是兩款應(yīng)用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的高性能的內(nèi)嵌式數(shù)字溫補(bǔ)晶振，也可作汽車電子元器件。
想著想著，我的頭上開(kāi)始冒煙了，我仿佛看到無(wú)數(shù)張各種類型的晶振產(chǎn)品的采購(gòu)訂單像雪片似地飛進(jìn)了我所在的康華爾電子的辦公室，辦公室里的同事個(gè)個(gè)都忙得不亦樂(lè)乎，老板正忙著給大家發(fā)獎(jiǎng)金……”叮叮叮…”，我趕忙拿起辦公桌上0755-27838351這部正在把我從幻境中驚醒的電話，”Miss L., 我要的報(bào)告你完成了嗎？”, 電話那端聽(tīng)到了老板嚴(yán)肅的聲音。