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“慧眼”HXMT上天,石英晶振搭乘了吗?

来源:http://www.konuaer.net 作者: 2017年06月20
    新华社2017年6月15日11时新闻:我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭,成功发射硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”。这次发射还搭载了国内外3颗小卫星。
   “慧眼”全称硬X射线调制望远镜卫星(HXMT,Hard X-ray Modulation Telescope),是我国首颗大型X射线天文卫星,设计寿命4年,承载高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测仪,通过巡天观测、定点观测和小天区扫描3种工作模式,能够实现宽波段、高灵敏度、高分辨率的X射线空间观测。科研人员给“慧眼”配了一名专属的“太空信使”——数据传输分系统,它的主要功能是将硬X射线望远镜搜集到的数据,实时传输到数据记录系统或通过无线方式传输到地面接收站。据介绍,卫星成功发射和正常运行后,将推动我国高能天体物理研究进入世界先进行列。

   厉害了,我的国!我真心为国家航天科技发展和航天人点赞。因为从事石英晶振行业,我知道石英晶体振荡器在航天卫星的应用,只是这么高大上的卫星技术,会用到哪类石英晶振呢?谁家的晶振有那么幸运能搭乘“慧眼”遨游太空呢?
   常说的晶振其全称是石英晶体谐振器,是石英晶体元器件中的一种。晶振是各电路的“心跳”发生器,因为石英晶体振荡器具有频率稳定度高这一特点,在电子技术领域中一直占有重要的地位。石英晶体振荡器在远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统(GPS)、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及消费类民用电子产品中,作为标准频率源或脉冲信号源,提供频率基准,是其它类型的振荡器所不能替代的。

      贴片晶振是表贴式的石英晶体,它是一种无突出引脚的的晶体振荡器, 能提供高精度振荡,因其形状似贴片于是被称作贴片晶振。贴片晶振也分为无源晶振和有源晶振两种类型,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。
   
     OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)恒温晶体振荡器,是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定,将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。
依据不同的应用领域及工作温度需求, 因应了许多不同的石英切割角度种类. 例如AT-, BT-, CT-, DT-, NT, GT…..等不同的切割板片. 不同的切割方向的板片具有不同的弹性常数张量(elastic constant tensor), 不同的压电常数张量(piezoelectric constant tensor)及不同的介电常数张量(dielectric constant tensor). 这些张量在石英组件的设计及应用上展现了不同的振荡及温度特性. (下图)表现了在Z-plat石英结构上,几种不同方向的石英板片切割方式. 
   
近几年OCXO的技术水平有了很大的提高。日本电波工业公司(Tokyo Denpa Co., Ltd.)开发的使用应力补偿切割(SCCut)石英晶体振子制作的OCXO新器件功耗仅为老产品的1/10,在克服OCXO功耗较大这一缺点方面取得了重大突破。具有高得多的频率稳定度和非常低的相位噪声。相位噪声是指信号功率与噪声功率的比率(C/N),是表征频率颤抖的技术指标。 美国宾夕法尼亚的PiezoCrystal的275型用于全球定位系统(GPS)的OCXO采用SC切形石英晶体振子,在0~75℃范围内总频偏小于±0.005ppm,最大老化率为±0.005ppm/年。到目前为止,SC切晶体在国内的生产规模还处于初期阶段,国内晶振厂商使用的SC晶体主要进口。

   说到OCXO晶振在航天航空上的应用,让我想到美国的Vectron国际公司。美国Vectron International(维管国际)是世界领先的频率控制、传感器和混合产品解决方案的设计、制造和营销的领导者,总部设在美国密歇根哈德逊,产品包括晶体和晶体振荡器,频率转换器,时钟和数据恢复产品,表面声波滤波器,晶体滤波器和用于电信、数据通信、频率合成器、定时、导航、军事、航空和仪表系统的组件。在水晶振荡器和滤镜设计方面都以其技术能力而闻名。公司提供的创新和能力反映了高频率、低成本设计和小型化的趋势,以及更先进的综合解决方案。其中一些关键技术包括: ASIC设计、表面安装技术、陶瓷封装、混合制造到类“S”、“高频基础”(HFF)晶体设计和空间组件能力。美国威克创国际拥有突出的高频基协波和SC切割晶体的离散晶体技术,及100级和10000级洁净室设施生产领先前沿的陶瓷包装VCXO晶振。Vectron国际公司的核心技术包括经典水晶、表面声波滤波器技术和复杂的集成电路和先进的包装。Vectron晶振最新的 OX–249晶振用普通的太空用途的温补晶振的封装实现SC切割恒温晶振的性能,填补了存在于小体型、低能量和大尺寸、高能量的太空用途的恒温晶振之间所呈现的成本、尺寸、性能的缺口, Vectron国际的方案实现了性能和小型化的有力结合。OX–249晶振主要用于人造空间飞行器、深度空间探测、国防卫星、商业卫星和科学卫星。

 
数字化间接温度补偿(DTCXO)是在模拟式补偿电路中的温度—电压变换电路之后再加一级模/数(A/D)变换器,将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿,使晶体振荡器频率稳定度非常高。比如爱普生晶振中的RA8900系晶振和RX8900系晶振就是两款应用于实时时钟模块的高性能的内嵌式数字温补晶振,也可作汽车电子元器件。
      想着想着,我的头上开始冒烟了,我仿佛看到无数张各种类型的晶振产品的采购订单像雪片似地飞进了我所在的康华尔电子的办公室,办公室里的同事个个都忙得不亦乐乎,老板正忙着给大家发奖金……”叮叮叮…”,我赶忙拿起办公桌上0755-27838351这部正在把我从幻境中惊醒的电话,”Miss L., 我要的报告你完成了吗?”, 电话那端听到了老板严肃的声音。


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