OCXO의 이해 - OCXO의 구조

 

 

아래 그림은 OCXO의 구조를 간략화 해서 나타냅니다

 

 

 

 

OCXO는 외부 환경에 대한 최상의 기능을 제공하는 것으로 이해될 수도 있습니다.

그러나 여기데 반드시 고려해야 할 factor도 있습니다.

바로 이 전에 언급한 power와의 상관 관계입니다.

외부 온도 조건을 포함한 variety한 factor로써 power는 1W에서 10W이상에 이르기까지

다양하게 존재하고 요구 받습니다.

그 power의 최대치는 최초 구동시와 외부 온도 조건이 낮게 설정되었을 경우에 나타납니다.

일단 상온(Room Temperature about 25 degree C)에서 oven은 한 번 warm-up 됩니다.

그리고 power의 소모는 그 setting 온도에 이르기 까지 점점 줄어들게 되어

Steady state에 이르게 되는 것입니다.

그러나 현대에 이르러서는 power 소모량이

기술의 진보에 따라 점차 줄어드는 추세에 있기 때문에

OCXO는 이와는 다르게 기능하는 제품으로 이해해야 할 지도 모릅니다.

 

 

또 하나의 기능상의 factor는 oven이 set point온도에 이르기까지 발생하는 delay로서의

warm-up time에 관한 이해입니다.

한정된 양의 power와 oven이 이를 heating하는데 요구되기 때문에

주파수가 안정될 때에 이르기까지 crystal을 heating시키는 delay가 야기되기 때문입니다.

정확한 시간, 주파수 설정, power 소모, 온도 curve 등이

여기와 동반되는 가변적인 요소들이지만 그 원리는 동일합니다.

Warm-up을 결정하는 하위 factor들은 아래와 같습니다.

 

- 최대한의 heating 범위

- 외부 온도 조건

- Oven의 power limit

- Oven의 insulation 정도

 

아래의 그림은 warm-up에 대한 일반적인 성질입니다.

OCXO Warmup with AT-cut crystal

OCXO Warmup (Power)

 

 

이러한 warm-up time 특성을 보정하기 위해서는

- 안정시의 power 소모량을 줄이면서 insulation을 보정하고

- 저온에서의 보다 빠른 warm-up을 위하여 보다 높은 power limit를 허용

하는 방법들이 사용됩니다.

 

빠른 warm up을 위하여 oven을 작게 만드는 것은

외부 환경에 대한 주파수 안정도를 희생시켜야 합니다.

반대로 외부 환경에 대한 주파수 안정도를 향상시키기 위해 oven을 크게 만드는 것은

Oven 온도의 유지를 위한 power 소모량을 늘려야 하는 교환의 조건이 성립됩니다.

 

하나의 parameter가 다른 parameter들에 끼치는 영향을 아는 것은

Oscillator의 기능에 대하여 사양화 할 때 반드시 고려해야 하는 조건입니다.

다른 보정 방법을 사용하여 간단하게 얻지 못하는 이득을 OCXO는 구현합니다.

 

위 그림들을 보면 crystal을 따라서 oven 안에 발진회로가 내장되어 있음을 주목해야 합니다.

높은 주파수 안정도를 얻기 위해서 crystal을 일정한 온도 하에 기능하게 하는 것은

여타의 다른 oscillator 회로들도 이 온도에 수렴하게 design될 때만이

역시 최초에 의도된 안정도를 얻을 수 있게 한다는 사실을 이해해야 하니깐요.

 

모든 oscillator circuit에 있는 부품들 역시도 각각의 고유한 온도특성을 지니고 있습니다.

만일 이 회로의 부품들에 일정한 온도 유지 조건이 적용되지 않는다면

OCXO의 주파수 특성 역시 degration될 수 밖에 없습니다.

 

여타의 다른 조건들,

예컨데, 출력 level, 주파수 trimming 특성, long term aging특성 등도

Oven 안에서 Oscillator가 기능함으로써 보다 안정적으로 구현되게 됩니다.

 

 

결론

여기서 살펴본 내용들은 OCXO에 대하여 철저한 분석을 제공하고 있지는 않지만

- Crystal과 발진회로에서 왜 온도 control이 요구되는지에 대한

- OCXO를 design할 때 요구되는 power, insulation, size 등에 대한

- 온도 control을 위해 필요한 crystal과 관련 회로에 대한

단초를 제공하고 있습니다.

왜 OCXO가 현존하는 모든 oscillator에 있어서

비용 대비 최상의 기능을 제공하고 있는지 이해할 수 있도록 단초가 되었으면 합니다.

 

Definitions

Warm-up : oscillator의 안정도가 nominal setting 주파수에 이를 때 까지 power on에서부터 이루어지는 시간의 delay

Retrace : power가 off되었을 경우 처음의 주파수와 나중 주파수의 편차.

처음은 power를 끄기 직전의 상태, 나중은 규정된 warm-up time이 경과했을 경우를 기준,

Ambient : oscillator가 작동 중에 놓여지게 되는 온도의 범위

Steady State Power : oven이 warm되고 oscillator가 내부적으로 온도적 안정에 이르렀을 경우의

Power 소모량

Turn-on Power : 일반적으로 current로 spec화 되는 초기 power 소모량.