VCTCXO 측정(26MHz 3225 5개)

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    1. TCXO
      1. VCTCXO
        
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납땜된 5개 샘플 보드에서
1. 어느 회사에서 개발용으로 사용했던. Vcc=1.7V~3.3V용으로 추정, 출력은 0.8Vp-p로 추정
  - 3225 TCXO(Operating) V7
  - XO는 TM7050 마킹품. 1번 Vctrl
2. 출력 파형
  1. 1MΩ//100pF P6100 1:1 오실로스코프 패시브프루브를 사용하여
    - 0.3Vp-p가 나온다.
  2. 1MΩ/2pF HP 1144A 10:1 50Ω 액티브프루브
    - 1.35Vp-p가 나온다. 10:1 감쇠이므로 실제 프루브 출력 전압은0.135Vp-p이다.
  3. 의견
    1. 추정값 약 0.8Vp-p가 나오지 않고, 1.3Vp-p가 나온다. 확인할 필요가 있다.
    2. 보통 규격서를 보면 출력 매칭은 10kΩ//10pF이다. 그러므로 1MΩ//100pF P6100 프루브를 사용하면 (프루브 대역폭도 낮을뿐더러, 매칭이 되지 않아) 전압이 낮아지는 듯 하다.
3. 2023/05/29 측정 엑셀 파일
4. 개조-1, 첫 측정
  1. 실험 조건
    1. 샘플 5개 출력을 34905A 듀얼 1x4 50Ω RF 멀티플렉서 로 스위칭하여 측정
    2. Agilent 53131A 225MHz universal counter로 (대부분)gate time=1초로 측정
      1. 외부 10MHz 표준 주파수로 약 1달동안 켜져 있는 BG7TBL GPSDO 사용
      2. 입력 선택은 1MΩ 및 AC 커플 선택
      3. 1MΩ//100pF P6100 오실로스코프 패시브프루브를 사용하여
    3. Vcc는 3.3V로 6613C DC전원공급기로 공급
      1. 리니어 레귤레이터를 사용한다. 20Hz~20MHz에서 4mVp-p(0.5mVrms) 리플 및 잡음을 갖는다.
    4. Vctrl은 HP 3245A 유니버설 소스로 DC 0~2.5V까지 공급
  2. 실험 보드 변경 및 케이블링
    - 1~#5 샘플 Vcc를 모두 공통으로 연결함. Vctrl에는 100nF C가 연결되어 있다.
  3. Vctrl에 따른 주파수 변화
    1. 첫번째, 두번째 측정
      - 0.0~2.0V까지 첫측정. #5번에 문제가 있다.
      - 0.0~2.5V까지 두번째 측정. #5번에 문제가 있다.
    2. 세번째 측정. #3 제외하고 #1,5번을 서로 교환 및 #2,4 커넥터 위치를 서로변경해서 측정.
      - 5번 문제가 사라졌다.
      - ppm으로 환산
    3. 네번째 측정. 커넥터 위치를 원래대로 되돌려 측정
      - 5번 샘플에서 비선형 문제가 사라졌다.
    4. 결론
      1. #5번 샘플 측정에 무슨 문제가 있다.
      2. Vstrl 전압에 따라 발진주파수는 +10ppm/+1V로 제어된다.
  4. 시간에 따른 주파수 변화.
    1. 실험 방법. 네번째 측정한 방법에서 Vctrl=1.5V로 고정하고, N=101 샘플링
    2. 5번째 실험
      - 5번 샘플만 문제가 있다.
      - 1~#4 샘플은, 약 10분동안 +-0.002ppm 변동된다.
  5. #5 샘플을 다시 납땜함. 측면 전극에 납땜이 안묻어 있어서.
    1. 실험 방법. 5번째 실험과 동일
    2. 6번째 실험
      - 5번 샘플도 정상품이 되었다. 기울기 변화는 실험중 발생되는 온도 변화일 듯.
      - 1번 샘플만 유독 주파수가 변하지 않는다. +-0.001ppm을 유지한다.
    3. 7번째 실험. 시간이 지나(온도 변화가 많이 줄었을 것임) 다시 측정. 카운터 측정 오차를 생각해서 연속 두 번 측정하고 두번째 값을 획득함.
      1. 큰 차이가 없음. (예상대로) 시간에 따른 변화율이 줄어들었음. 현 프로그램에서 카운터를 두 번 측정해서 두 번째 값을 획득할 필요는 없음. 즉, 첫번째 측정값도 유효하다.
5. 개조-2, 샘플 #1~#5 각각의 Vctrl에 130nF C를 연결함.
  1. 개조 이유: 앞 실험에서 샘플 #1 주파수가 가장 안정되어 있어, 보드의 Vctrl 포트에 있는 bypass-C가 #1에 가장 가깝게 있기 때문으로 생각해서, 샘플 #1~#5 모두에 C를 설치함.
  2. 실험 방법
  3. 8번째 실험
    - 왜 이렇게 측정되는지 모르겠다...
  4. 9번째 실험, 밤새 15시간동안 측정
    - 10시간 째 큰 불균일이 발생된다. Vctrl 변동 또는 [[BG7TBL GPSDO] 신호 변동으로 추정된다.
    - 10시간~14시간 사이 변동. 샘플마다 지터에 차이가 있다. #3,#4이 좋지 못하다.
  5. Vctrl 전압 품질 비교(리플이 있는 AC 사용 전원공급기와 리플이 없는 건전지를 사용할 때 비교)
    1. 10번째 실험, 스위칭하지 않고 #5번 측정
      - 30분동안 약 +-5ppb 지터가 생긴다.
    2. 11번째 실험, 스위칭하지 않고 #5번 측정, Vctrl을 1.5V 건전지로 변경함.
      - 40분 경과시점에서 큰 주파수 변동이 생긴다. 지터는 거의 사라졌다.
    3. 12번째 실험, Vctrl용 건전지 사용. 스위칭하면서 #1~#5번 측정, 3시간 3분동안 측정
      - 선형그래프. 주변온도에 따라 자연스럽게 변하는 듯.
      - 로그그래프
    4. 결론
      1. 주파수 제어가 10ppm/1V 이므로 0.1mV 변동은 1ppb 주파수 차이를 발생시킨다.
      2. Vctrl에 사용된 3245A 잡음 규격을 보면, 0~250kHz에서 2mVp-p(0.6mVrms) 를 갖는다.
      3. Vctrl용 전압에서 리플을 제거해야 한다.
      4. 40분 경과할 때 갑자기 주파수가 변하고 있다.
6. 개조-3, 추가로 Vctrl 전선에 100u+10u+1u+100n+10n를 병렬로 연결함
  1. 실험 방법. 바이패스 C 사용 실험이므로, 당연히 건전지를 사용하지 않음.
  2. 13번째 실험
    - 온도가 일정해지니, 20분동안 약 +-5ppb 변한다.
  3. 결론: Vctrl에 바이패스 C를 사용하면, 지터 개선에 효과가 있다.
7. 온도 특성 측정, 14번째 실험
  1. 실험 방법. 1.5V 배터리 사용
  2. 실험 결과
    - 온도프로파일, 80도/10시간
    - 절대주파수
    - 변화율. 사용온도범위(-30'C~+85'C)내에서 약 +-2ppm 으로 추정된다.
    - 22~28도씨 확대. 샘플#3,4 지터가 심하다.
  3. 의견
    1. 정상적으로 실험되었다.
    2. 배터리 때문인지, 주파수 불균일은 관찰되지 않는다.
8. 1.5V 배터리 사용하여, #1~#5 제품을 약 14분간 100 샘플링 측정, 15번째 실험
  - 인접 샘플링간 ~0.1ppb 편차를 보인다. 아무런 문제가 없다.
9. Vctrl에 따라
  1. 16번째 실험(즉, 2번째 실험을 재현. 달라진 점은 #5 재납땜 및 bypass-C 추가)
    - 1.0~1.5V 구간을 확대함. 정확히 주파수가 선형적으로 제어되고 있다.
  2. 17번째 실험. 샘플 #1,2,3,4 재납땜하고, bypass-C 모두(개별 샘플에 붙은 130nF 포함하여) 제거함.
    1. 그래프
    2. 결론
      1. Vctrl 실험을 할 때는 bypass-C가 없어도 된다.
      2. 즉, 0~2.5V 전압 차이는 충분히 크기 때문에, 이 변화율의 1/1000 정도되는 리플전압을 고려할 필요가 없다.
10. bypass-C 없이, 샘플 5개 모두 재납땜 후, 시간에 따라 측정함. 18번째 실험
  1. 실험 방법
    1. 지금까지 샘플 #3,#4 지터가 심했다. 납땜이 잘 되지 않았을 것으로 추정한다. 그래서 재납땜 후 측정하였다.
    2. 약 42분간 측정
  2. 그래프
  3. 결론
    1. 샘플 5개 모두 인접 측정 편차 1ppb를 보인다.
    2. 배터리로 측정한 것이 비해 지터가 크지만, 파워서플라이 제어 전압에서 bypass-C가 없어도 된다.
    3. 결국, 5개 샘플에서 3개에서 납땜이 불완전하게 되었다고 판단할 수 있다.
11. Vctrl용 전원장치를 변경함. 19번째 실험
  1. 실험 방법
    1. 지금까지 HP 3245A 유니버설 소스로 전압을 인가했다.
    2. 이번 실험은 Kikusui DPO-2212A GPIB DAC로 전압을 인가한다.
  2. 그래프
  3. 결론
    1. 전체적인 기울기는 온도변화 때문이므로 무시한다.
    2. 인접 샘플링간 편차인 지터가 많이 줄었다.
    3. 이는 Vctrl 전압 공급원의 DC 리플 및 잡음에 영향을 받는다. 결국, DPO-2212A 장치가 3245A보다 리플이 작다고 볼 수 있다.
12. 스위칭 하지 않고, 샘플 #5만 측정하면
  1. 20번째 실험
    1. 실험 방법
      1. 이번 실험은 Kikusui DPO-2212A GPIB DAC로 전압을 1.8V 인가한다.
      2. bypass-C는 여전히 제거된 상태이다.
    2. 그래프
      - 지터가 꽤 줄어든다.
      - 확대
    3. 결론
      1. 스위칭 지터도 존재한다. ~0.2ppb 정도.
      2. 다른 영향(온도, 전압 리플 등)이 더 크므로, 큰 문제가 되지 않는다.
  2. 21번째 실험
    1. 실험 방법
      1. 5개 연결된 bypass-C 네트워크를 설치하였다. (샘플 옆에 개별적으로 설치하는 C는 제거된 상태이다.)
      2. 전압 리플에 크게 의존하는 지터가 감소되는지 파악하기 위함이다.
    2. 그래프
      - 확대
    3. 결론
      1. 무척 큰 지터를 보인다. 35분 지난 후, 큰 지터가 사라졌다.
      2. bypass-C 네트워크를 연결하니, 연결전에 비해 5배 이상 지터가 커졌다.
    4. 밤새 동일한 조건에서 측정해보자.
  3. 22번째 실험, 2023/06/01, 밤새 14시간 측정
    1. 32000 샘플링 측정 엑셀 파일
      - 1ppb 이내로 초기 20분 가량 동작한다.
    2. 의견
      1. 온도 변화 및 입력 전압 변동에 의한 발진 불균일은 아닌 듯
      2. 동일 Vcc 및 동일 Vctrl 전압으로 5개가 병렬로 연결되어 있어, 서로 간섭을 주는 듯
13. 23번째 실험, 2023/06/01 출근하여
  1. 실험 조건
    1. Vctrl 전압을 인가하지 않고(open 시켜놓고)
    2. 34905A 듀얼 1x4 50Ω RF 멀티플렉서를 통과하지 않고 #5을 직접 측정하면
  2. 32000 샘플링 측정 엑셀 파일
    - 약 6시간동안 측정
    - (사무실 온도변화가 가장 낮다고 생각되는 구간을 확대) 1시간동안 최대 2ppb 변화된다.
  3. 결론
    1. 아무런 문제가 없다.
    2. Vctrl 전압로 사용된 각종 계측기가 시간에 따라 DC 전압 리플 및 잡음을 불규칙적으로 크게 발생시킨다. (계측기 노후화? 원래 1mV 잡음 및 노이즈가 있기 때문에 그럴수도?)
    3. VCTCXO에서 1ppb 분해능이 필요할 때는 Vctrl로 배터리를 사용해야 한다. 계측기를 사용할 수 없다.
14. 최종 의견
  1. 측정
    1. (모든 접지를 포함하여) 완벽한 납땜을 하자.
    2. Vctrl 단자에는 네트워크 바이패스 캐퍼시터를 (해당 발진 주파수까지 감소되도록) 연결하자.
    3. Vctrl용 DC전원공급기는 스위칭 레귤레이터 동작 방식보다는 리니어 레귤레이터를 사용한 방식 제품을 이용하자.
  2. 사용
    1. VCTCXO는 Vctrl 전압 리플에 주파수 지터가 가장 크게 의존한다.
    2. Vctrl 전압 조정으로 0.1ppm 이하 정확도로 유지하기 어렵다. 그런 용도로 사용되지 않는다.(사용될 수 없다.)
    3. 뭔가 지터를 낮추려면 배터리로 Vctrl 해야 한다.