omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-190-135-143SZHSIVomna-273Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSИсследование кварцевых резонаторов в миниатюрных металлокерамических корпусах с целью дальнейшего применения в термокомпенсированных генераторахStudy for quartz resonators in miniature metal-ceramic package for further use in temperature-compensated oscillatorshttps://orcid.org/0000-0001-8217-4546БойчукМ. И.BoychukM. I.

Бойчук Максим Иванович, кандидат технических наук, начальник службы контроля качества продукции — главный контролер, руководитель испытательной лаборатории; старший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории «Современные системы радиосвязи» Омского государственного технического университета

AuthorID (РИНЦ): 873302 

г. Москва; г. Омск

Boychuk Maxim Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Head of the Product Quality Control Service, Chief Inspector, Head of the Testing Laboratory; Senior Researcher at the Scientific Research Laboratory «Modern Radio Communication Systems», Omsk State Technical University

AuthorID (RSCI): 873302

Moscow; Omsk

boychukmi@gmail.comАО «ЛИТ-ФОНОН»РоссияJSC «LIT-PHONON»Russian Federation202430062024102135143Copyright © Бойчук М.И., 20242024Бойчук М.И.Boychuk M.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/273

В эпоху развития интеллектуальных информационных технологий, систем обработки и передачи сигналов, навигационных систем и ракетостроения к источникам опорных колебаний предъявляются все более ужесточенные требования. Большое значение приобретают малые габаритные размеры, малое время выхода на частоту после подачи электропитания, рабочий температурный диапазон и относительный уход частоты в интервале рабочих температур. Частота на выходе генератора во многом зависит от влияния климатических, механических и специальных факторов. Наиболее дестабилизирующим фактором является изменение температуры окружающей среды. Исходя из этого, обеспечение температурной стабильности частоты в широком диапазоне является актуальной задачей.Для стабилизации частоты генераторов в радиотехнике, как правило, применяются кварцевые резонаторы. Кварц относится к группе пьезоэлектриков — анизотропных диэлектриков, в которых наблюдаются прямой и обратный пьезоэффекты. Использование кварцевых резонаторов в электрогенераторах позволяет гарантировать нам высокую стабильность частоты без усложнения схемы [1].На предприятии АО «ЛИТ-ФОНОН» была создана технологическая цепочка, позволяющая произвести кварцевый резонатор в миниатюрном металлокерамическом корпусе с применением только российских комплектующих. Созданные кварцевые резонаторы в дальнейшем планируется применять в составе термокомпенсированных генераторов. Однако на первом этапе необходимо было провести анализ характеристик созданных изделий, а также возможность поддерживать стабильность частоты ± 1•10–7 в широком интервале температур от – 60 ºC до + 85 ºC [2].Проведенное исследование позволило выявить ряд недостатков, препятствующих получению стабильности частоты термокомпенсированных генераторов ± 1•10–7. В частности, уходы частоты кварцевых резонаторов в миниатюрных металлокерамических корпусах со временем эксплуатации при максимальной рабочей температуре +85 ºC превышают значения ± 1•10–7, т.е. потребуется дополнительная подстройка генераторов в процессе эксплуатации. Кроме того, некоторые российские комплектующие не оптимально подошли к созданному на базе АО «ЛИТ-ФОНОН» технологическому процессу, что в будущем для создания кварцевых резонаторов может существенно повлиять на выход годных. Стоит также отметить, что измерительная установка имеет погрешность измерения ± 5•10–7. Такой разброс не позволил оценить стабильность частоты кварцевых резонаторов с необходимой точностью.

With the advent of new technologies, the requirements for the sources of reference vibrations are becoming more stringent. They must be compact, quickly reach frequency, operate in a wide temperature range and have a small relative frequency drift in the operating temperature range.Changes in ambient temperature are the most destabilizing factor for the oscillator output frequency. Ensuring frequency stability over a wide temperature range is a pressing task.Thermal compensation allows increasing frequency stability over a wide range of operating temperatures. This is achieved by compensating for the effect of the destabilizing factor on the generator so that the frequency drift tends to zero as the temperature changes. Temperature-compensated quartz oscillators are highly stable and have a short readiness time. However, to create generators with a frequency stability of ± 0,1 ppm, imported components are required, which makes their production difficult in modern conditions.A technological chain is created at the JSC «LIT-PHONON», which allows producing a quartz resonator using only Russian components. The goal is to use these resonators in temperature-compensated oscillators with frequency stability of ± 0,1 ppm. However, the analysis showed that the resonators have problems with frequency drift over time during operation at a maximum operating temperature of + 85 ºС. Additional adjustment of generators during operation is required. It is also revealed that some Russian components are not ideally suited to the developed technological process, which may negatively affect the yield of suitable products. The measuring setup also has an error of ± 0,5 ppm, which does not allow an accurate assessment of the frequency stability of the resonators.

кварцгенераторрезонатортермокомпенсацияметаллокерамический корпускристаллический элементугол срезастабильность частотыquartzoscillatorresonatortemperature-compensationmetal-ceramic packagecrystal elementcut-off anglefrequency stabilityReferencesКосых А. В. Источники высокостабильных колебаний на основе кварцевых генераторов с цифровой термокомпенсацией: дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2006. 508 с. EDN: SUJLKL.Kosykh A. V. Istochniki vysokostabil’nykh kolebaniy na osnove kvartsevykh generatorov s tsifrovoy termokompensatsiyey [Sources of highly stable oscillations based on quartz oscillators with digital temperature compensation]. Omsk, 2006. 508 p. EDN: SUJLKL. (In Russ.).Бойчук М. И. Цифровой термокомпенсированный кварцевый генератор в керамическом корпусе для поверхностного монтажа: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2019. 164 с.Boychuk M. I. Tsifrovoy termokompensirovannyy kvartsevyy generator v keramicheskom korpuse dlya poverkhnostnogo montazha [Digital temperature compensated crystal oscillator in ceramic surface mount housing]. Moscow, 2019. 164 p. (In Russ.).Косых А. В., Рой А. А., Мурашко Д. Н. Моделирование реального температурного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру // Омский научный вестник. 2001. № 14. С. 139–143.Kosykh A. V., Roy A. A., Murashko D. N. Modelirovaniye real’nogo temperaturnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu [Modeling of real temperature impact on radio electronic equipment] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2001. No. 14. P. 139–143. (In Russ.).Бойчук М. И. Влияние креплений на температурно-частотную характеристику резонаторов // Компоненты и технологии. 2011. № 9 (122). С. 188–190. EDN: NYBLYL.Boychuk M. I. Vliyaniye krepleniy na temperaturnochastotnuyu kharakteristiku rezonatorov [The effect of fasteners on the temperature-frequency response of resonators] // Komponenty i tekhnologii. Components and Technologies. 2011. No. 9 (122). P. 188–190. EDN: NYBLYL. (In Russ.).Бойчук М. И., Грузиненко В. Б. Требование к качеству пьезоэлектрических монокристаллов кварца в производстве высокочастотных и микроминиатюрных резонаторов ВЧ- и СВЧ-диапазона // Компоненты и технологии. 2011. № 3 (116). С. 146–147. EDN: NCWVMT.Boychuk M. I., Gruzinenko V. B. Trebovaniye k kachestvu p’yezoelektricheskikh monokristallov kvartsa v proizvodstve vysokochastotnykh i mikrominiatyurnykh rezonatorov VChi SVCh-diapazona [The quality requirement of piezoelectric quartz single crystals in the production of high-frequency and microminiature resonators in the HF and microwave range] // Komponenty i tekhnologii. Components and Technologies. 2011. No. 3 (116). P. 146–147. EDN: NCWVMT. (In Russ.).Пат. 27122426 Российская Федерация, МПК H03H 3/02. Способ изготовления тонких кристаллических пластин и тонких кристаллических элементов / Бойчук М. И., Власов К. В., Черпухина Г. Н. и [и др.]. № 2019104435; заявл. 18.02.2019; опубл. 28.01.2020. Бюл. № 4. 8 с.Patent 27122426 Russian Federation, IPC H03H 3/02. Sposob izgotovleniya tonkikh kristallicheskikh plastin i tonkikh kristallicheskikh elementov [Method of making thin crystalline plates and thin crystalline elements] / Boychuk M. I., Vlasov K. V., Cherpukhina G. N. [et al.]. No. 2019104435. (In Russ.).Бойчук М. И., Глазунова Ю. А., Пашков С. С. [и др.]. Исследование долговременной стабильности кварцевых резонаторов // Компоненты и технологии. 2022. № 2 (247). С. 14–18. EDN: CDZQFD.Boychuk M. I., Glazunova Yu. A., Pashkov S. S. [et al.]. Issledovaniye dolgovremennoy stabil’nosti kvartsevykh rezonatorov [Study of long-term stability of quartz resonators] // Komponenty i tekhnologii. Components and Technologie. 2022. No. 2 (247). P. 14–18. EDN: CDZQFD. (In Russ.).Бойчук М. И., Кривоногов В. Е., Микаева С. А. [и др.]. Исследование надежностных характеристик кварцевых резонаторов в миниатюрных керамических корпусах // Russian Technological Journal. 2022. № 10 (2). 43–50. DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-2-43-50. EDN: AJBNFO.Boychuk M. I., Krivonogov V. E., Mikayeva S. A. [et al.]. Issledovaniye nadezhnostnykh kharakteristik kvartsevykh rezonatorov v miniatyurnykh keramicheskikh korpusakh [Study of the reliability of quartz resonators in miniature ceramic packages] // Rossiyskiy tekhnologicheskiy zhurnal. Russian Technological Journal. 2022. No. 10 (2). P. 43–50 DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-2-43-50. EDN: AJBNFO. (In Russ.).Vig J. R. Quartz Crystal Resonators and Oscillators. New Jersey: Development & Engineering Center Fort Monmouth, 2004. 305 p. URL: https://docs.ampnuts.ru/eevblog.docs/eBooks/quartz_crystal_resonators_and_oscillators___for_frequency_control_and_timing_applications.pdf (дата обращения: 15.09.2023).Vig J. R. Quartz Crystal Resonators and Oscillators. New Jersey: Development & Engineering Center Fort Monmouth, 2004. 305 p. URL: https://docs.ampnuts.ru/eevblog.docs/eBooks/quartz_crystal_resonators_and_oscillators___for_frequency_control_and_timing_applications.pdf (accessed: 15.09.2023). (In Engl.).Хоменко И. В., Косых А. В. Кварцевые резонаторы и генераторы. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. 159 с. ISBN 978-5-8149-2583-1.Khomenko I. V., Kosykh A. V. Kvartsevyye rezonatory i generatory [Quartz resonators and oscillators]. Omsk, 2018. 159 p. ISBN 978-5-8149-2583-1. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.