TCXOs für VHF-Anwendungen Rauscharm und hochstabil bis 200 MHz

Blockschaltbild des TCXO
Blockschaltbild des TCXO

Mithilfe eines zusätzlichen monolithischen Quarzfilters erreichen die neuen TCXOs von Axtal sehr stabile Ausgangsfrequenzen bis 200 MHz und ein Phasenrauschen, das bisher nur von OCXOs bekannt ist.

Temperaturkompensierte Quarzoszillatoren (TCXO) werden in einer Vielzahl von Anwendungen als stabile Frequenzreferenz oder als Taktgeber eingesetzt. Sie sind heute in sehr kleinen SMD-Gehäusen verfügbar. Die beste Temperaturkompensation kann wegen der hohen Ziehfähigkeit nur mit Schwingquarzen in der Grundwelle erzielt werden. Daher ist bei einem Großteil stabiler TCXOs der Frequenzbereich auf maximal ca. 50 bis 70 MHz begrenzt. Viele Anwendungen benötigen aber deutlich höhere Frequenzen, so in der Anwendung eine Frequenzvervielfachung benötigt wird. Dies erfordert einen zusätzlichen Platzbedarf und führt zu einem unerwünschtes Störspektrum.

Hier setzen nun die neuen TCXO-Typen AXLE113HF und AXLE145HF der Firma Axtal an, die in kleinen SMD-Gehäusen in den Standardbaugrößen 11 mm × 9 mm und 14 mm × 9 mm stabile Ausgangsfrequenzen bis 200 MHz liefern.  Die beiden Modelle sind sehr rauscharm und weisen einen sehr geringen Phasen-Jitter von wenigen Femtosekunden auf.

Die neuen TCXO-Modelle von Axtal arbeiten mit direkter Frequenzmultiplikation (ohne PLL). Ausgangspunkt ist ein Miniatur-TCXO, der je nach Ausgangsfrequenz bei 20 MHz bis 50 MHz arbeitet. Die Besonderheit ist, dass durch ein zusätzlich eingebautes monolithisches Quarzfilter (MQF) eine sehr starke Filterung des Ausgangssignals von Subharmonischen (unter –60 dBc) und deren Vielfachen erreicht wird. Das Funktionsprinzip ist im Blockschaltbild dargestellt.

Außerdem verbessert sich durch die Filterung das Phasenrauschen ab ca. 10 kHz vom Träger um bis zu 30 bis 40 dB bis herunter zu einem Weitab-Grundrauschen von –180 dBc/Hz – ein Wert, der üblicherweise nur von rauscharmen OCXO erreicht wird, die deutlich größer und teurer sind. Bei einer Ausgangsfrequenz von 100 MHz wird ein RMS-Phasen-Jitter von typisch 10 fs (12 kHz bis 20 MHz) erreicht. Dies entspricht einer Verbesserung des Jitter um ca. Faktor 100 im Vergleich zur Multiplikation ohne MQF.

Ein weiterer Vorteil dieses Konzeptes ist es, dass für den internen TCXO Ausführungen mit sehr hoher Frequenzstabilität (bis ±0,2 ppm über –40 °C bis +85 °C) und mit äußerst geringer Vibrationsempfindlichkeit (g-Sensitivity) bis herunter zu 0,2 ppb/g eingesetzt werden können.
Diese neuen TCXO-Reihen vereinen damit eine Vielzahl von bisher nicht erreichten Eigenschaften in sich:

  • Hohe Frequenzstabilität bis ±0,2 ppm in einem weiten Temperaturbereich
  • Hohe spektrale Reinheit des Ausgangssignals
  • Geringes Phasenrauschen bis –180 dBc/Hz
  • Niedriger Phasenjitter bis 10 fs @ 100 MHz
  • Optional: geringe g-Sensitivity bis <0,2 ppb/g

Damit sind sie für eine Vielzahl von Einsätzen im Hochfrequenzumfeld prädestiniert und können sogar OCXOs ersetzen.