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Tele Quarz Group CCO 200

CCO 200

Der CCO 220, hergestellt von der Tele Quarz Group, ist ein TCXO, ein temperaturkompensierter Oszillator. Quarz-Resonatoren besitzen einen Temperaturdrift, der problematisch sein kann, wenn man hohe Anforderungen an die Frequenzstabilität hat. Es gibt zwei Möglichkeiten mit dieser Schwäche umzugehen. Eine Möglichkeit ist das Heizen des Quarz-Resonators auf eine konstante Temperatur. Oszillatoren mit integrierter Heizung werden als OCXO bezeichnet. Ein TCXO enthält stattdessen eine Schaltung, die abhängig von der Temperatur mit einer einstellbaren Kapazität die Resonanzfrequenz des Quarz-Resonators verschiebt.

Die Modellreihe CCO 200 konnten mit Ausgangsfrequenzen zwischen 4MHz und 40MHz bezogen werden. Das vorliegende Modell liefert 10MHz. Die Alterung gibt das Datenblatt mit 1ppm im Jahr an. Die Zeichen E06-05-06 spezifizieren den Baustein noch etwas genauer. Die E-Variante kann mit einem externen Potentiometer abgeglichen werden. 06 steht für einen Temperaturbereich von 0°C bis 50°C und bietet dort eine Frequenzstabilität von 0,5ppm. Der zweite Zahlenblock, 05, gibt an, dass der Baustein mit 5V versorgt werden muss. Das letzte Zahlenpaar spezifiziert das Ausgangssignal. Hier handelt es sich um HCMOS mit Ulow<1V und Uhigh>4V. 00017 ist die Seriennummer und 22.87 der Datecode.

 

TCXO Funktionsweise

In einem TCXO wird eine zur aktuellen Temperatur proportionale Spannung erzeugt (rot). Die temperaturabhängige Spannung moduliert die Kapazität eines Varactors (gelb), der an den Quarz-Resonator (grau) angebunden ist. Die Kapazitätsänderung verschiebt dessen Resonanzfrequenz und kompensiert so den Temperaturdrift. Über einen Pin kann man zusätzlich von außen die Kapazität und damit die Frequenz des Quarz-Resonators beeinflussen. Ein Oszillator (lila) erzeugt letztlich das Taktsignal, das über eine Endstufe ausgegeben wird (blau).

 

CCO 200 Gehäuse

Das Gehäuse besteht aus einer Bodenplatte und einem Deckel, der damit verlötet ist. Es finden sich fünf Pins: Spannungsversorgung, Masse, Referenzspannungs-Ausgang, Tuning-Eingang und Takt-Ausgang.

 

CCO 200 Gehäuse

CCO 200 Gehäuse

Im Deckel befindet sich eine Kaptonfolie, die eine gute Isolation der Schaltung gegenüber dem Deckel garantiert. Das Gehäuse ist mit einer Wandstärke von 1mm sehr massiv ausgeführt. Die große Masse garantiert eine gewisse Trägheit der Temperatur im Inneren gegenüber der Umgebungstemperatur. Das sorgt dafür, dass auch schnelle Temperaturschwankungen ausgeregelt werden können.

 

CCO 200 Platine

Die Schaltung des TCXO ist auf einer zweilagigen Platine ohne Lötstopplack umgesetzt. Durchkontaktierungen wurden nicht galvanisiert, sondern mit Drähten realisiert. Qualitativ macht der Aufbau einen nicht ganz optimalen Eindruck.

 

CCO 200 Gehäuse

CCO 200 Gehäuse

Die Bodenplatte des Gehäuses ist ebenfalls mit einer Kaptonfolie isoliert. Der Massepin unten links wurde direkt mit dem Gehäuse verlötet.

 

CCO 200 Platine Analyse

CCO 200 Platine Analyse

Auf der Oberseite der Platine wird in der rechten oberen Ecke mit dem Shunt-Regler TL431 die Versorgungs- und Referenzspannung der Schaltung erzeugt (grün). Den Widerständen nach zu urteilen, müsste die Ausgangsspannung 3,6V betragen. Eine 15V-Z-Diode schützt den Shunt-Regler vor zu hohen Eingangsspannungen.

Der linke Bereich der Platine enthält die Temperaturmessung (rot). Die schwarze Perle ist der Temperatursensor. Ein TL062-Operationsverstärker generiert mit diesem Sensor eine Steuerspannung, die proportional zur Temperatur ist. Die Bestückoptionen ermöglichen eine Anpassung der Verstärkung und des Frequenzgangs. Die Wahl des TL062 verwundert auf den ersten Blick, da dieser Operationsverstärker laut Datenblatt für eine Versorgungsspannung von mindestens +/-5V spezifiziert ist. In den alten Datenblättern der TL06x-Familie ist allerdings noch keine minimale Versorgungsspannung angegeben. Anscheinend sind die heute spezifizierten +/-5V sehr konservativ gewählt.

Die Steuerspannung der Temperaturmessung führt in den Bereich rechts unten, wo über die Kapazitätsdiode BBY40 die Resonanzfrequenz des Quarz-Resonators verschoben wird. In der rechten unteren Ecke trifft auch das externe Signal zum Abgleich der Taktfrequenz ein. Während die interne Steuerspannung zwischen der Kapazitätsdiode und dem Quarz-Resonator eingeprägt wird, kontaktiert der Steuereingang den Knoten zwischen der Kapazitätsdiode und dem Kondensator, der zum Massepotential führt.

 

CCO 200 Platine Analyse

CCO 200 Platine Analyse

Auf der Unterseite der Platine ist ein Großteil der Verteilung der Versorgungs- und Referenzspannung zu sehen. Während der Oszillator und die erste Pufferstufe direkt aus dem TL431 versorgt werden, existiert ein zweiter Pfad, der über ein RC-Glied entkoppelt ist. Dieses Potential versorgt die Temperaturmessung, die Endstufe und wird über den REF-Pin ausgegeben. Anscheinend erzeugt der TL431 doch etwas mehr Spannung, da der High-Pegel am Ausgang ansonsten nicht auf mindestens 4V ansteigen könnte.

Im unteren Bereich der Platine befindet sich der Oszillator (lila), der mit Hilfe des Quarz-Resonators und einem BFS17-Hochfrequenztransistor die gewünschte Taktfrequenz erzeugt.

Es folgt ein Pufferverstärker mit einem BFS17 (türkis), die die Endstufe mit einem weiteren BFS17 treibt (blau). Die Bestückoptionen in diesem Bereich dienen wahrscheinlich dazu unterschiedliche Ausgangspegel einstellen zu können. Neben dem HCMOS-Ausgang kann der CCO 200 mit einem Open-Collector-Ausgang ausgestattet werden oder ein Sinussignal liefern.

 

CCO 200 Quarz

Der Quarz-Resonator trägt keine Beschriftung, auch nicht auf der Unterseite.

 

CCO 200 Quarz

Im Gehäuse des Quarz-Resonators befindet sich ein runder Quarzkristall.

 

CCO 200 Quarz

Auf beide Seiten des Quarzkristalls wurde eine Metallschicht aufgebracht und seitlich mit den Kontaktelementen verbunden. Wahrscheinlich handelt es sich hier nicht um ein Lot, sondern um einen leitfähigen Epoxidkleber. Der Epoxidkleber ist flexibler und dämpft entsprechend die Schwingung des Quarzkristalls weniger stark.

 

CCO 200 Quarz

Es fällt auf, dass der Kristall zum Rand hin trüb ist.

 

CCO 200 Quarz

Hier ist die Oberfläche im Detail zu sehen.

 

CCO 200 Quarz

Die Kontaktbleche fixieren die Quarzscheibe abgesehen von den verlöteten Stellen nur relativ locker.

 

CCO 200 Quarz

Die Dicke der Quarzscheibe beträgt 0,12mm.

 

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