1、介绍
SiTime的TempFlat™MEMS 32.768 kHz SiT1533振荡器和SiT1552温度补偿振荡器(TCXO)是一种低功耗,低成本效益和可靠的替代石英谐振器的解决方案,用于需要计时功能的电子设备。由于SiT1533/SIT1552振荡器的低频和低功率驱动特性,必须采取某些测量技术,以准确测量三个关键参数:器件电流功耗,输出波形和频率。本文档介绍如何准确地进行这些测量。
2、进行精确电流测量
SiT1533/SIT1552器件的典型空载工作电源电流在室温下在850 nA至1.3μA范围内,具体取决于输出端的电压摆幅。当测量电源工作电流时,额外的电流将来自输出端的负载电容。由于内部调节,Vdd电源电压对整个电源电流的影响很小。当测量电流达到纳秒放大范围时,必须使用类似于Agilent 34401A的高分辨率数字电流表。典型的便携式数字多用表(DMM)将无法准确测量纳秒放大范围内的电流。测量SiT1533/SIT1552振荡器的工作电流时,如何连接高分辨率DMM。
图1:符合Vdd导轨的高分辨率万用表的电源设置。
3、测量输出波形
SiT15xx输出驱动器针对非常低功耗的应用进行了优化,并没有设计用于驱动测量仪器的50欧姆负载终止。为了捕获没有加载效应的本机波形,SiTime建议使用下列两个选项之一:
1.通过高输入阻抗单位增益放大器观察输出波形,类似于ADA4817-1至50欧姆终止范围
图2:通过Tektronix TDS 5054示波器上的单元增益缓冲器捕获的NanoDrive™波形。有关NanoDrive的信息,请参见应用笔记AN10037 [1]
2.使用类似于图3所示的Tektronix P5050的高阻抗探头(> 1 M并联<2 pF)
图3:用高阻抗Tektronix Probe P5050探测SiT154x输出。有关探测的信息,请参见应用笔记AN10028 [2]
4、进行精确的频率测量
低功率低频振荡器频率测量的精度和重复性由两个因素决定:
l 频率计特点
l 振荡器的固有长期抖动(LTJ)
4.1频率计数器特性
频率或时间间隔测量仪器[3]的两个主要特点可以不利影响频率精度有:
l 时基参考频率稳定度(ppb)
l 时间戳错误
相对频率误差df =Df / f柜台的贡献可以是数学上的声明:
公式1
哪里dfTB是一个时基准确度DTInt是由于不准确导致的时间间隔错误时间戳启动和停止信号边缘,如图4所示。
图4:具有现代时间戳功能的交互频率测量频率计数器
期限TInt/TGate表示由于时间戳不准确导致的相对误差。错误是输入信号频率范围很宽,但随着门控时间的延长,它增加短。
图5:频率测量误差(ppb)与门时间的关系。两个时间间隔测量精度表示不同的频率计数器。剧情假定是完美的时间基准。
图5说明了具有不同时间间隔测量精度的两个频率计数器的频率测量误差随着栅极时间的变化。在该图中不考虑时基误差,并将添加一个偏移到曲线
4.2振荡器内部长期抖动
一些微功率32 kHz振荡器,如SiT15xx器件具有相对较高的LTJ。从等式1,LTJ增加了对测量精度有不利影响的时间间隔冲压误差。在大于100 ms的门时,LTJ的影响被平均化,对测量误差的影响最小。为了减轻LTJ的影响,请使用频率计数器,如Agilent 5313x或5323x计数器,可在门控时间内的多个信号边沿进行额外的时间间隔测量。这类计数器可以在100 ms及更高的栅极时间内更准确地测量SiT15xx振荡器的本机频率。
4.3配置频率计数器
为了执行精确的频率测量,频率计数器需要接收本机时钟信号而没有任何幅度或相位失真。错误配置的设置可能会对高分辨率频率计数器的性能产生不利影响,即使它可能会运行铷或GPS时基参考[4] [5]。必须遵循以下设置准则,以确保准确和可重复的结果:
1.输入通道频率响应
a.交流耦合衰减低频分量
b.使用直流耦合
2.输入通道阻抗
a.SiT15xx振荡器可在50Ω负载下严重衰减
b.切换到1MΩ输入端接
3.输入触发灵敏度
a.SiT15xx器件的较低转换速率可能会导致虚假触发
b.关闭自动触发
c.降低触发灵敏度