阅读说明：本技术 一种抗辐照差分晶体振荡器 (Anti-irradiation differential crystal oscillator ) 是由 睢建平 郑文强 段友峰 崔巍 刘小光 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种抗辐照差分晶体振荡器,包括：底座、抗辐照差分芯片、石英振子和金属盖板；底座具有容纳腔且顶部设有开口；抗辐照差分芯片与容纳腔底部的焊盘进行电气连接,用于配合石英振子产生振荡回路,并对石英振子进行温度补偿计算,最终输出高频差分信号；石英振子设置于抗辐照差分芯片的上方,用于配合抗辐照差分芯片产生振荡回路；金属盖板盖在底座顶部的开口。本发明解决了传统差分晶振中无法满足在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的问题,通过优化产品的结构和调试方法,实现晶体振荡器在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的指标,通过小型化和集成化的设计,实现了产品的SMD7050外形尺寸。(The invention relates to an anti-irradiation differential crystal oscillator, comprising: the device comprises a base, an anti-radiation differential chip, a quartz vibrator and a metal cover plate; the base is provided with an accommodating cavity, and the top of the base is provided with an opening; the anti-radiation differential chip is electrically connected with a bonding pad at the bottom of the accommodating cavity and is used for being matched with the quartz oscillator to generate an oscillation circuit, carrying out temperature compensation calculation on the quartz oscillator and finally outputting a high-frequency differential signal; the quartz oscillator is arranged above the anti-radiation differential chip and is used for being matched with the anti-radiation differential chip to generate an oscillation circuit; the metal cover plate covers the opening at the top of the base. The invention solves the problem that the frequency stability of the traditional differential crystal oscillator in the wide temperature range of-55 ℃ to +125 ℃ is less than or equal to +/-50 ppm, realizes the index of the crystal oscillator in the wide temperature range of-55 ℃ to +125 ℃ that the frequency stability is less than or equal to +/-50 ppm by optimizing the structure and the debugging method of the product, and realizes the SMD7050 external dimension of the product through the design of miniaturization and integration.)

一种抗辐照差分晶体振荡器

技术领域

本发明涉及振荡器的设计领域，特别是涉及了一种抗辐照差分晶体振荡器。

背景技术

随着电子设备中抗辐照差分晶振的广泛应用，对差分晶振在体积、温度、频率温度稳定度等方面提出了更高的要求，因此需要对晶体振荡器小型化和抗辐照方面进行设计，实现产品的小型化和高指标特性，满足电子设备的相关要求。

传统的差分晶振在工作环境要求产品满足频率稳定度在-40℃～+85℃温度范围内≤±50ppm，无法满足在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的需求，因此无法满足在宽温度条件下的差分晶体振荡器的需求。

另外，为了满足差分晶振产品在宽温度条件下高稳定度的要求以及产品小型化方面的要求，必须对产品进行小型化和抗辐照方面的设计。

发明内容

本发明目的在于设计一种抗辐照差分晶体振荡器，解决传统差分晶振中无法满足在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的问题，通过优化产品的结构和调试方法，实现晶体振荡器在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的指标，通过小型化和集成化的设计，实现了产品的SMD7050外形尺寸。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种抗辐照差分晶体振荡器，包括：底座、抗辐照差分芯片、石英振子和金属盖板；

所述底座具有容纳腔且顶部设有开口；

所述抗辐照差分芯片与所述容纳腔底部的焊盘进行电气连接，用于配合所述石英振子产生振荡回路，并对所述石英振子进行温度补偿计算，最终输出高频差分信号；

所述石英振子设置于所述抗辐照差分芯片的上方，用于配合所述抗辐照差分芯片产生振荡回路；

所述金属盖板盖在所述底座顶部的开口。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述底座采用陶瓷材料制成。

进一步，所述石英振子包括：石英晶片和通过镀膜工艺镀到所述石英晶片上的金电极。

进一步，所述镀膜工艺为高真空离子束溅射镀膜工艺。

进一步，所述石英晶片通过导电胶粘接固定在所述容纳腔的内壁。

进一步，所述抗辐照差分芯片的引脚通过金丝键合的方式与所述容纳腔底部的焊盘进行电气连接。

进一步，所述抗辐照差分芯片通过导电胶粘接固定在所述容纳腔的底部。

进一步，所述金属盖板通过平行焊封装技术焊接到所述底座顶部的开口。

本发明的有益效果是：

解决传统差分晶振中无法满足在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的问题，通过优化产品的结构和调试方法，实现晶体振荡器在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的指标，通过小型化和集成化的设计，实现了产品的SMD7050外形尺寸。

附图说明

图1、2分别为本发明实施例提供的一种抗辐照差分晶体振荡器的侧视图和俯视图；

图3为本发明实施例提供的底座焊盘的引脚设置示意图。

其中，101、底座；102、抗辐照差分芯片；103、石英晶片；104、金电极；105、金属盖板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1、2分别为本发明实施例提供的一种抗辐照差分晶体振荡器的侧视图和俯视图，如图1、2所示，该装置包括：底座101、抗辐照差分芯片102、石英振子和金属盖板105，其中，石英振子包括石英晶片103和金电极104。

底座101可采用陶瓷材料制成的陶瓷底座，具有放置抗辐照差分芯片102、石英振子和金属盖板105的容纳腔且顶部开口，并对各个部分进行电气连接和提供最终输入输出端口，底座101的底部有焊盘，焊盘各个引脚的设置如图3所示，其中，引脚1、2定义为空，引脚3定义为地，引脚4定义为+输出，引脚5定义为-输出，引脚6定义为电源。

抗辐照差分芯片102用于配合石英振子产生振荡回路，并对石英振子进行温度补偿计算，最终输出高频差分信号。为了实现石英振子的微小型化，电路各部分采用集成化设计，差分输出电路由振荡电路、锁相环(PLL)电路和LVDS差分输出电路三部分构成。其中，振荡电路为谐振器的起振电路，它的作用是让谐振器工作在基频频率上；振荡电路的输出信号接到锁相倍频电路中，通过锁相倍频的方式，输出目标频率信号，但这个频率信号为VCO产生的CMOS方波信号；锁相倍频电路产生的CMOS方波信号接到LVDS差分输出电路中，通过电平形式的转换，输出最终的LVDS信号。通过和石英振子配合，使得晶体振荡器能够实现在-55℃～+125℃宽温度范围频率稳定度≤±50ppm的指标。通过抗辐照加固，实现芯片抗总剂量辐照：≥100krad(Si)；抗单粒子SEL：LET：≥75MeV·cm2/mg。

石英晶片103上镀上金电极104，基于它的压电效应，使得石英晶片103两个极板间施加交变电压，就会相应产生机械形变振动，同时机械形变振动又会产生交变电场。当外加交变电场的频率与晶片的固有频率(取决于晶片的尺寸、切割方位等)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，即产生压电谐振。晶片处于谐振状态时，其等效阻抗最小，用于配合抗辐照差分芯片102产生振荡回路，达到稳定输出振荡频率的目的。石英晶片103采用微小型化条片形状设计，通过调节晶片的切角，优化了石英振子103的频率温度稳定度特性，使得其和抗辐照差分芯片102补偿算法曲线更好匹配，并通过调节晶片的宽度-厚度比，降低了石英振子随温度变化产生的频率跳变量，优化了产品的频率温度稳定度特性。

金电极104用于作为石英晶片103的电极，制作成石英振子。传统的蒸发镀膜制作的电极膜层附着力差，电极膜内部、电极膜与晶片之间存在应力大，影响了产品的老化率。通过采用高真空离子束溅射镀膜，比传统的蒸发镀膜真空度更高，提高了镀膜牢固度、降低膜层应力，使得晶片表面的电极膜的膜层附着力增强、应力降低，提高了产品的长期稳定性，使得产品的老化性能更好。通过采用离子刻蚀微调，即采用离子束少量刻蚀电极材料，以微量调整频率，刻蚀微调可以避免二次蒸镀带来的附着力和膜层应力，从而减小产品的老化率。

金属盖板105用于和陶瓷底座密封到一起，组成产品的外部封装。传统的充氮气平行焊封口，产品内部水汽含量相对较大，产品内部的水汽使电极发生缓慢氧化引起频率飘移即频率变化。通过采用高真空平行焊封口，使得产品内部水汽含量降低为零，消除了产品内部水汽和其他气体对老化率的影响，采取高真空封装方式，减小产品的老化率。

可选地，在该实施例中，石英晶片103通过导电胶粘接固定在容纳腔的内壁。

可选地，在该实施例中，抗辐照差分芯片102的引脚通过金丝键合的方式与容纳腔底部的焊盘进行电气连接。

可选地，在该实施例中，抗辐照差分芯片102通过导电胶粘接固定在容纳腔的底部。

本发明实施例提供的一种抗辐照差分晶体振荡器，其封装形式为SMD7050，外形尺寸为长×宽×高＝(7.0mm±0.2mm)×(5.0mm±0.2mm)×(2.0mm(max))，并且频率温度稳定性可以达到在-55℃～+125℃范围优于±50ppm，满足了电子设备对差分晶体振荡器小型化和抗辐照方面的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。