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El oscilador de cristal miniatura en vacío EMXO

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Artículo escrito por Hoklay Pak, ingeniero de diseño sénior en Microchip Technology en donde nos explica la tecnología que hay detrás del oscilador de cristal miniatura en vacío EMXO, todo un paso adelante para las aplicaciones de vuelos espaciales.

Las misiones espaciales exponen los componentes electrónicos a una amplia gama de entornos hostiles.

Los componentes deben ofrecer de forma fiable su rendimiento nominal durante un máximo de 15 años en grandes cambios de temperatura y después de los golpes y vibraciones que se producen en la fase de lanzamiento.

Para los osciladores de cristal, los requisitos adicionales incluyen servir como una referencia de frecuencia extremadamente precisa y estable mientras consumen la menor cantidad de energía eléctrica en el encapsulado más pequeño posible. Esta es una tarea difícil que ha sido cumplida principalmente por el oscilador de cristal controlado por horno (OCXO). Sin embargo, el oscilador de cristal miniatura en vacío (EMXO) ofrece un rendimiento y una robustez iguales o incluso mejores en la mitad del tamaño, con menos consumo de energía y otras ventajas. Por lo tanto, no debería sorprender que EMXO siga aumentando en popularidad.

Pequeño pero poderoso

El cristal de cuarzo empleado en un oscilador de cristal puede parecer mundano, pero en realidad es un componente piezoeléctrico de precisión mecanizado con estrictas tolerancias. Ajustado para vibrar a una frecuencia específica, mantiene un alto grado de estabilidad debido a su alto valor Q inherente. Sin embargo, los cristales son muy sensibles incluso a los pequeños cambios de temperatura que hacen que varíe su frecuencia. Estas variaciones se pueden tolerar para algunas aplicaciones, pero en muchas otras no.

El oscilador de cristal con compensación de temperatura (TCXO) se diseñó para mitigar este problema agregando un circuito de reactancia sensible a la temperatura en su bucle de oscilación. Incluso con esto, el nivel de mejora resultante puede ser insuficiente para aplicaciones más exigentes.

Se puede lograr una mejora de más de diez veces en la estabilidad colocando el cristal en un horno pequeño, creando así un OCXO. Dicho esto, el horno empleado en un OCXO típico es un dispositivo relativamente hambriento de energía que lo hace más grande y pesado. Este mayor consumo de energía puede ser un problema importante en los vuelos espaciales y otras aplicaciones en las que es esencial minimizar el tamaño y el peso.

El oscilador de cristal miniatura en vacíoEMXO se creó para ofrecer el mismo nivel de rendimiento que un OCXO, pero en un encapsulado sellado herméticamente más pequeño y liviano, al tiempo que reduce significativamente el consumo de energía, factores clave en las aplicaciones de vuelos espaciales. El EX-219 de Microchip Technology es un buen ejemplo del último diseño EMXO con las características de rendimiento que se muestran en la Tabla 1.

El oscilador de cristal miniatura en vacío EMXO
Tabla 1. Los parámetros de especificación del EX-219 para la estabilidad, el consumo de energía y las condiciones ambientales muestran la idoneidad para las aplicaciones de vuelos espaciales, incluidos el transmisor / receptor de RF, la guía GPS y el oscilador de referencia.

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