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低 SWaP MEMS OCXO 增强 A-PNT 和出色的保持能力

来源：http://www.yijindz.com 作者：亿金电子 2024年11月08

GPS 可随时随地使用，为武装部队提供精确的定位和导航。军事行动是围绕基于 GPS 的定位、导航和授时（PNT）技术构建的，因为与传统系统相比，GPS 具有更高的准确性、可用性和可靠性。弹性和可靠的 PNT 对于任务成功至关重要。

不幸的是，GPS 信号容易受到干扰、欺骗和网络攻击。这些攻击多年来有所增加。事实上，GPS World 指出，今年 3 月，东欧 1,600 多架飞机的 PNT 系统受到 GPS 干扰的影响。除了 GPS 攻击之外，无意的环境因素也会损坏或中断 GPS 信号。云层覆盖、树冠、崎岖的地形或城市峡谷、电离层风暴和太阳耀斑都会干扰 GPS 信号。无论信号中断是有意还是无意，它都会破坏 PNT 的准确性和可靠性，从而可能危及国防运营。保证 PNT （A-PNT）系统增强了 GPS 以减轻这些干扰，从而获得更具弹性和可靠的 PNT。

保持准确的时间是可靠定位和导航的基础，并可实现关键战术系统的同步。本文介绍了为什么与石英 OCXO 甚至芯片级原子钟（CSAC）相比，新型商用现货（COTS） MEMS 恒温控制振荡器（OCXO） 具有低尺寸、低重量和低功耗（SWaP）的特点是军用 A-PNT 系统的有吸引力的选择。

本地时钟成为 A-PNT 的核心

GPS 为 PNT 系统提供参考时钟，即计时源。参考计时不仅对于位置和导航至关重要，而且对于同步军事行动中使用的系统也至关重要，例如指挥和控制、通信和情报、监视和侦察（ISR）。

在 A-PNT 系统中，如果 primary timing reference 不可信或不可用，则本地 clock 成为 timing accuracy 的来源。本地时钟需要在 GPS 信号丢失期间保持准确的时间，无论是秒、分钟、小时还是天。PNT 系统即使在 GPS 信号丢失期间也能以指定的精度水平运行的能力称为保持。保留时间以指定时间间隔内的时间误差来衡量。保持性能由本地时钟定义。

本地时钟需要对环境条件具有弹性，包括温度变化、加速度和振动。在校准到外部参考时钟后，它们也可能随着时间的推移而漂移。因此，选择本地时钟需要特别小心。例如，本振时钟需要在任务期间满足预期应力参数内的保持要求，例如温度变化和振动。保持性能取决于振荡器在温度、艾伦偏差和日常老化以及冲击和振动等机械力下的稳定性。

在大多数军事任务配置文件中，找到一个在 24 小时内提供 1 μs 时间误差的低 SWaP 振荡器并非易事。传统上，严格的要求要求需要定制的振动补偿 OCXO，该 OCXO 的交货时间可能很长且价格昂贵。另一种选择是小型化原子钟，它的交货时间也很长，甚至更昂贵，在振动下性能不佳，而且又大又重。然而，今天，A-PNT 系统有了一种新的卓越保持替代方案：Endura Epoch 平台™ OCXO。新型 MEMS Endura Epoch OCXO 提供 A-PNT 弹性和低 SWaP。

利用 MEMS Timing 技术提供行业基准性能

Epoch 平台将先进的硅MEMS谐振器技术与优化的控制电路和创新封装相结合，以克服传统石英 OCXO 的局限性。自 15 年前将硅 MEMS 振荡器推向市场以来，SiTime 通过持续专注的创新不断改进 MEMS 计时技术的性能。

SiTime 使用硅 MEMS 谐振器作为频率源。MEMS 谐振器比典型的石英谐振器小约 1,000 倍，由封装在超洁净腔中的高强度硅材料制成，消除了导致频率跳跃、老化或故障的污染。硅 MEMS 技术利用高纯度半导体工艺实现无与伦比的质量和可靠性。MEMS 谐振器重量轻、材料强度高、结构设计好，可实现抗冲击和抗振动的设计。相比之下，石英 OCXO 通常会牺牲 SWaP 和性能，以实现与 Epoch OCXO 相同水平的抗冲击和抗振性。

Endura Epoch OCXO 在以下方面优于商用抗振 OCXO：

1、0.01 ppb/g g 灵敏度 – 提高 70 倍

2、在 -40 至 +95°C 温度范围内具有 ±1 ppb 的稳定性 – 性能提高 20 倍

3、±0.01 ppb/°C ΔF/ΔT，温度斜率稳定性 – 提高 10 倍

4、5E-12 艾伦偏差（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 解决了传统抗振 OCXO 的尺寸和功率问题：

1、9.0 x 7.0 x 3.6 mm3 表面贴装封装 – 体积缩小 20 倍
2、0.35 克 – 比振动补偿石英 OCXO 设计轻 100 倍

3、420 mW 典型（3.3V）功耗 – 功耗降低高达 2 倍

Epoch OCXO 采用 SiTime 专有的 DualMEMS® 技术，该技术将 TempFlat® MEMS 谐振器和 TempSense MEMS 温度传感器组合在同一芯片上。TempFlat 谐振器针对超低频温度系数进行了优化，而 TempSense 传感器针对温度传感进行了优化。位于同一芯片上的两个 MEMS 谐振器之间的频率差提供了极其精确的温度读数（大约 30 微开尔文），并且允许非常精确的加热器控制和快速温度补偿。专有的混合信号电路可以进行优化，以提供最大稳定性所需的严格控制，并具有出色的外部噪声抗扰度。

Endura Epoch MEMS OCXO 利用大批量行业标准半导体和组件制造，实现无与伦比的质量和可靠性、较短的交付周期和可用性。根据统计过程控制和六西格玛规范对制造进行管理，以提供客户在其系统性能中看到的部件间一致性。

Endura Epoch OCXO 在紧凑、易于使用的封装中提供性能和可靠性，有望在 GPS 竞争环境中实现更高水平的 A-PNT 系统性能。SiTime 与客户保持密切关系，以了解使用案例，并致力于提供市场领先的解决方案，以满足他们现在和未来的需求。Endura Epoch MEMS OCXO 可在 10 MHz 至 220 MHz 的频率范围内随时提供，并提供 I2C 或 SPI 频率牵引选项。

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