Klasifikasi dasar
Osilator kuarsa non-temperatur osilator kristal kompensasi, kompensasi suhu kristal osilator (TCXO), tegangan dikontrol osilator kristal (VCXO), osilator kristal temperatur terkendali (OCXO) dan digitalisasi / μp-kompensasi osilator kristal ( DCXO / MCXO) dan jenis lainnya. Di antara mereka, non-suhu kompensasi osilator kristal adalah yang paling sederhana, Japanese Industrial Standard (JIS), paket standar yang disebut osilator kristal (SPXO).
Bekerja
Komputer memiliki rangkaian waktu, meskipun umumnya menggunakan "jam" adalah kata untuk mewakili perangkat ini, tetapi mereka sebenarnya tidak arti biasa jam, merujuk kepada mereka sebagai timer (pengatur waktu) mungkin lebih tepat untuk itu. Komputer biasanya timer presisi diproses kuarsa, kristal kuarsa dalam ketegangan dalam batas-batas frekuensi osilasi tertentu, frekuensi ini tergantung pada kristal dipotong untuk ukuran dan di bawah ketegangan. Ada dua register yang terkait dengan masing-masing kristal kuarsa, sebuah counter (counter), dan register induk (holdingregister). Setiap osilasi kristal kuarsa menyebabkan counter decremented. Ketika Counter decrement ke 0, interupsi yang dihasilkan, counter reloaded dari memegang nilai counter awal. Pendekatan ini membuat pemrograman timer untuk membuatnya 60 kali per interupsi kedua (atau dalam frekuensi interupsi lain yang diinginkan) menjadi mungkin. Setiap interupsi disebut kutu jam (clocktick).
Kristal dapat elektrik setara dengan kapasitor dan resistor secara seri dengan kapasitor dihubungkan secara paralel dan kemudian jaringan dua terminal, teknik listrik pada jaringan ini memiliki dua resonansi pada frekuensi di mana tingkat yang lebih rendah dari frekuensi resonansi seri, semakin tinggi Frekuensi resonansi paralel. Karakteristik tersebut yang memiliki dua frekuensi kristal yang dekat jarak yang cukup, dalam rentang frekuensi yang sangat sempit, kristal adalah setara dengan sebuah induktor, asalkan kedua ujung paralel kristal itu pada kapasitor resonan paralel yang cocok akan terbentuk . Ini rangkaian resonansi paralel diterapkan ke sirkuit umpan balik negatif dapat dibentuk dalam gelombang sinus osilator sirkuit induktansi karena kristal setara dengan rentang frekuensi yang sangat sempit, bahkan komponen lain dapat bervariasi secara signifikan, frekuensi osilator ini tidak akan memiliki perubahan besar. Kristal memiliki parameter penting, yang merupakan nilai kapasitansi beban, pilih beban yang sama kapasitansi shunt kapasitansi bisa menjadi frekuensi resonansi nominal kristal yang diperoleh. Kristal rangkaian osilator umumnya dalam sebuah penguat pembalik (perhatikan penguat bukanlah inverter) yang terhubung pada kedua ujung kristal, dan kemudian ada dua kapasitor terhubung ke kedua ujung kristal, dan kemudian ujung yang lain dari masing-masing kapasitor dihubungkan , kapasitas kedua kapasitor secara seri harus sama dengan nilai kapasitansi beban, perhatikan pin IC umumnya memiliki masukan setara kapasitansi, hal ini tidak dapat diabaikan. General kristal beban kapasitansi 15p atau 12.5p, jika kita mempertimbangkan masukan setara kapasitansi komponen pin, kemudian dua kapasitor 22p merupakan rangkaian osilator kristal adalah pilihan yang lebih baik.
Peran fungsional
Kristal dalam penerapan peran spesifik dari sumber clock mikrokontroler dapat dibagi menjadi dua kategori: mekanis perangkat resonansi sumber clock, seperti kristal, resonator keramik, RC (resistor, kapasitor) osilator. Salah satunya adalah konfigurasi osilator Pierce untuk resonator kristal dan keramik. Lain adalah osilator RC diskrit sederhana. Berdasarkan kristal dan keramik resonator osilator biasanya memberikan akurasi awal yang sangat tinggi dan koefisien temperatur rendah. RC osilator untuk cepat memulai, biaya relatif rendah, tetapi biasanya dalam suhu seluruh dan jangkauan tegangan suplai akurasi operasi yang miskin, pada frekuensi output nominal 5-50 kisaran%. Namun, kinerjanya dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, dan pemilihan elemen sirkuit. Perlu mengambil serius osilator sirkuit pemilihan komponen dan tata letak papan. Dalam penggunaannya, keramik resonator dan kapasitansi beban yang sesuai harus dioptimalkan keluarga logika tertentu. Oscillator memiliki nilai Q yang tinggi tidak sensitif terhadap pemilihan amplifier, tetapi rentan terhadap penyimpangan frekuensi over-mengemudi (atau mungkin rusak). Faktor lingkungan yang mempengaruhi pekerjaan osilator adalah: interferensi elektromagnetik (EMI), getaran mekanik dan shock, kelembaban dan suhu. Faktor-faktor ini akan meningkatkan perubahan frekuensi output, peningkatan ketidakstabilan, dan dalam beberapa kasus, hal itu akan mengakibatkan berhenti osilator. Sebagian besar masalah ini dapat dihindari dengan menggunakan modul osilator. Modul ini dilengkapi dengan osilator memberikan output gelombang persegi rendah, dan dapat dijamin dalam kondisi tertentu untuk menjalankan. Dua jenis yang paling umum adalah modul kristal dan RC osilator terpadu (osilator silikon). Pemisahan modul osilator kristal memberikan akurasi yang sama. Silicon osilator tepat daripada diskrit RC osilator yang tinggi, dalam banyak kasus untuk memberikan akurasi yang cukup resonator keramik.
Pilih osilator juga perlu mempertimbangkan konsumsi daya. Terutama terdiri dari diskrit osilator power supply penguat umpan balik arus dan nilai kapasitansi sirkuit keputusan. Power amplifier CMOS sebanding dengan frekuensi operasi dapat dinyatakan sebagai nilai-nilai kapasitansi disipasi daya. Misalnya, HC04 inverter gerbang kekuatan nilai kapasitansi disipasi sirkuit 90pF. Pada 4MHz, operasi suplai 5V, setara 1.8mA dari pasokan saat ini. Ditambah 20pF kristal kapasitansi beban, seluruh arus pasokan 2.2mA. Resonator keramik umumnya memiliki kapasitansi beban yang lebih besar, dan dengan demikian juga memerlukan lebih banyak saat ini. Sebaliknya, modul kristal umumnya memerlukan pasokan saat 10mA ~ 60mA. Silicon pasokan osilator saat ini tergantung pada jenis dan fungsinya, dan dapat berkisar dari frekuensi rendah (tetap) dari perangkat beberapa microamps untuk beberapa perangkat mA diprogram. Sebuah osilator silikon-daya rendah, seperti MAX7375, ketika beroperasi pada 4MHz membutuhkan waktu kurang dari 2mA arus. Dalam aplikasi tertentu untuk mengoptimalkan sumber jam perlu mempertimbangkan faktor-faktor berikut: akurasi, biaya, konsumsi daya dan persyaratan lingkungan.
Tren
1, miniaturisasi, mengelupas dan chip jenis: Untuk memenuhi ponsel sebagai wakil cahaya portabel, tipis, pendek persyaratan, kristal kuarsa paket osilator dari bare metal tradisional untuk logam dilapisi plastik perubahan paket keramik. Misalnya, mengurangi ukuran perangkat ini TCXO 30 sampai 100 kali. Di SMD TCXO ketebalan kurang dari 2mm, ukuran saat 5 × perangkat 3mm sudah ada di pasar.
2, presisi tinggi dan stabilitas yang tinggi, non-kompensasi akurasi jumlah osilator kristal dapat mencapai ± 25ppm, stabilitas frekuensi VCXO di kisaran 10 ~ 7 ℃ umumnya sampai ± 20 ~ 100ppm, sementara pada saat yang sama kisaran suhu OCXO Frekuensi stabilitas umumnya ± 0,0001 ~ 5ppm, VCXO kontrol ± 25ppm atau kurang.
3, kebisingan rendah, frekuensi tinggi, dalam sistem komunikasi frekuensi GPS tidak diperbolehkan gemetar, fase kebisingan ditandai dengan gemetar frekuensi osilator merupakan parameter penting. OCXO fase kebisingan kinerja produk utama telah sangat meningkat. Selain VCXO, jenis lain dari osilator kristal tidak melebihi output frekuensi 200MHz maksimum. Misalnya untuk GSM dan ponsel lainnya UCV4 seri VCO, frekuensi 650 ~ 1700MHz, suplai tegangan 2,2 ~ 3.3V, operasi saat ini 8 ~ 10mA.
4, konsumsi daya yang rendah, mulai cepat, operasi tegangan rendah, drive yang rendah dan konsumsi arus yang rendah telah menjadi tren. Tegangan listrik biasanya 3.3V. Banyak TCXO dan produk VCXO, konsumsi saat tidak melebihi 2mA. Kristal kuarsa osilator teknologi Quick Start juga telah membuat terobosan. Misalnya Seiko diproduksi VG-2320SC jenis VCXO, nilai yang ditentukan dalam kisaran ± 0.1ppm kondisi, frekuensi waktu penyelesaian kurang dari 4ms. Tokyo, Jepang memproduksi keramik SMDTCXO, 4ms setelah dimulainya osilasi dapat mencapai 90% dari nilai dinilai. OAK ini 10 ~ OCXO 25MHz dalam produk di panggang selama 5 menit, kemudian untuk mencapai stabilitas ± 0.01ppm.
Spesies dimaksud secara rinci
Kristal Oscillator
Osilator kristal kuarsa menggunakan kristal kuarsa (silika kristal) terbuat dari efek piezoelektrik dari perangkat resonansi, dan struktur dasar secara substansial pada memotong kristal kuarsa pada lembar azimuth tertentu (disebut sebagai wafer, itu dapat persegi, persegi panjang, atau lingkaran, dll), pada dua permukaan yang sesuai dilapisi dengan lapisan perak sebagai elektroda di masing-masing elektroda las terhubung ke pin memimpin, digabungkan untuk membentuk shell enkapsulasi resonator kristal kuarsa, disebut sebagai kristal kuarsa atau kristal, kristal. Produknya umumnya kemasan logam, juga berguna untuk kaca shell, keramik atau paket plastik. Efek piezoelektrik Quartz: Jika kristal kuarsa medan listrik pada dua elektroda, chip akan menghasilkan deformasi mekanik. Sebaliknya, jika tekanan mekanis diterapkan pada kedua sisi wafer, arah yang sesuai wafer di lapangan akan dihasilkan, fenomena fisik ini dikenal sebagai efek piezoelektrik. Perhatikan bahwa efek ini adalah reversibel. Jika kutub wafer ditambah tegangan bolak-balik, chip akan menghasilkan getaran, getaran mekanis mekanik sementara wafer akan menghasilkan medan listrik bolak-balik. Secara umum, wafer amplitudo getaran mekanis dan amplitudo medan listrik bolak sangat kecil, tetapi frekuensi dari tegangan bolak diterapkan pada nilai tertentu, amplitudo meningkat, amplitudo frekuensi selain lebih besar, yang Fenomena ini dikenal sebagai resonator piezoelektrik, itu adalah fenomena dari rangkaian resonan LC sangat mirip. Frekuensi resonansi dan wafer dipotong dengan bentuk geometris, ukuran, dan sebagainya.
Osilator kuarsa non-temperatur osilator kristal kompensasi, kompensasi suhu kristal osilator (TCXO), tegangan dikontrol osilator kristal (VCXO), osilator kristal temperatur terkendali (OCXO) dan digitalisasi / μp-kompensasi osilator kristal ( DCXO / MCXO) dan jenis lainnya. Di antara mereka, non-suhu kompensasi osilator kristal adalah yang paling sederhana, Japanese Industrial Standard (JIS), paket standar yang disebut osilator kristal (SPXO). Adalah SPXO contoh, menjelaskan secara singkat struktur kristal osilator kuarsa dan prinsip kerja.
Kristal kuarsa juga merupakan manusia duniawi, adalah bahan kristal piezoelektrik penting. Quartz osilator kristal itu sendiri tidak, hanya dengan cara aktif dan pasif jaringan reaktansi eksitasi sebelum osilasi. SPXO terutama oleh faktor kualitas (Q) resonator kristal yang tinggi (misalnya, osilator kristal) dan sirkuit osilasi umpan balik. Osilator kristal kuarsa merupakan komponen penting dari frekuensi kristal (frekuensi dasar atau frekuensi harmonik ke-n) dan karakteristik suhu tergantung pada orientasi tajam. Kristal kuarsa resonator struktur dasar (logam shell) paket dan rangkaian ekuivalen. Selama osilator kristal pelat tegangan bolak diterapkan, maka akan menghasilkan deformasi getaran mekanis wafer, fenomena ini disebut efek piezoelektrik terbalik. Ketika diterapkan tegangan dan frekuensi yang sama dengan frekuensi alami resonator kristal, yang piezoelektrik resonator dapat terjadi, mengakibatkan peningkatan mendadak dalam amplitudo deformasi mekanik.
Quartz kristal osilator aplikasi: 1, kuarsa waktu perjalanan akurat, konsumsi daya yang rendah, daya tahan keuntungan terbesar. Entah tua atau multifungsi kuarsa kuarsa osilator kristal baru didasarkan pada sirkuit inti, akurasi frekuensi menentukan ketepatan waktu perjalanan jam elektronik. Secara skematis prinsip osilator kuarsa ditunjukkan pada Gambar 3, di mana V1 dan V2 merupakan CMOS inverter Q dan berosilasi kuarsa tala kapasitor C1 dan formulir C2 sistem osilasi kapasitor, dimana kristal dalam induktor. Berosilasi komponen parameter sistem menentukan frekuensi osilasi. Umum Q, C1 dan C2 adalah komponen eksternal. Juga resistor umpan balik R1, R2 untuk resistor stabilisasi osilasi, mereka terintegrasi di dalam sirkuit. Hal ini tidak dapat mengubah nilai C1 atau C2 untuk menyesuaikan ketepatan waktu perjalanan. Tapi ini masih tersedia ditambah mengakses kapasitor C ada cara untuk mengubah parameter sistem osilasi untuk menyesuaikan ketepatan waktu perjalanan. Waktu tempuh berdasarkan kecepatan jam elektronik dan jam, menyesuaikan kapasitor memiliki dua konfigurasi: Jika berjalan terlalu cepat, Anda dapat berakhir kristal kuarsa dan kemudian kapasitansi C, ditunjukkan dalam Gambar 4. Sistem untuk meningkatkan total kapasitansi, frekuensi osilasi menjadi waktu perjalanan yang lebih rendah melambat. Jika waktu Pianman perjalanan, Anda dapat menyelipkan dalam kristal dalam seri kapasitor C. Ditunjukkan dalam Gambar 5. Sistem ini mengurangi kapasitansi total dari frekuensi osilasi menjadi lebih tinggi, lebih cepat waktu tempuh. Setelah sidang yang panjang dan kesabaran, Anda dapat mengatur ketepatan waktu perjalanan. Oleh karena itu, kristal dapat digunakan untuk sinyal clock generator. Kristal Circuit
2, dengan perkembangan teknologi televisi, menggunakan 500kHz TV lebih baru atau osilator kristal 503kHz sebagai osilasi horizontal dan vertikal dari sumber sirkuit dengan 1/3 15625Hz membagi jalur frekuensi, stabilitas dan kehandalan sangat meningkat. Permukaan kristal dan murah penggantian mudah.
3, di dalam produk sistem komunikasi, osilator kristal kuarsa nilai ini lebih banyak tercermin, tetapi juga oleh pembangunan lebih cepat. Banyak kinerja tinggi kristal kuarsa terutama digunakan dalam jaringan komunikasi, transmisi data, transmisi data digital berkecepatan tinggi nirkabel.
Crystal Oscillator Dikompensasi Suhu
Suhu kompensasi osilator kristal (TCXO) adalah rangkaian kompensasi temperatur tambahan untuk menghasilkan perubahan dalam variasi suhu ambien frekuensi osilasi sebagai cut osilator kristal kuarsa. TCXO dalam osilator kristal suhu metode kompensasi pergeseran frekuensi kuarsa adalah kompensasi langsung dan kompensasi tidak langsung dari dua jenis: osilator kristal kuarsa
⑴ langsung kompensasi TCXO secara langsung dikompensasi oleh termistor dan RC komponen rangkaian kompensasi suhu, osilator kuarsa osilator kristal dengan tandem terbentuk. Perubahan suhu, resistansi thermistor dan kapasitansi dari kristal setara seri kapasitansi nilai yang sesuai perubahan untuk mengimbangi atau mengurangi frekuensi osilasi suhu drift. Rangkaian kompensasi sederhana, biaya rendah, menyimpan printed circuit board (PCB) ukuran dan ruang untuk aplikasi-aplikasi arus kecil rendah dan tegangan rendah. Tapi ketika diperlukan ketelitian kurang dari ± 1pmm osilator kristal, kompensasi langsung tidak tepat.
⑵ langsung tidak langsung Kompensasi Kompensasi dibagi menjadi analog dan digital dua jenis. Tidak langsung kompensasi suhu analog adalah dengan menggunakan elemen penginderaan suhu seperti suhu komposisi termistor - tegangan rangkaian konversi, dan tegangan diterapkan pada resonator kristal dan varactor dioda dihubungkan secara seri, dihubungkan secara seri melalui perubahan osilator kristal kapasitansi kristal nonlinier osilator kompensasi frekuensi drift. Kompensasi ± 0.5ppm akurasi dapat dicapai, tetapi dalam kasus 3V tegangan rendah di bawah pembatasan berikut. Langsung didigitalkan dalam kompensasi suhu analog dari rangkaian kompensasi temperatur - ditambahkan setelah tingkat tegangan mengkonversi rangkaian analog / digital (A / D) converter, yang analog ke digital. Metode ini dapat mewujudkan kompensasi suhu otomatis, sehingga osilator kristal stabilitas frekuensi sangat tinggi, tetapi rangkaian kompensasi tertentu yang lebih kompleks dan mahal, hanya berlaku untuk base station dan stasiun radio dan persyaratan lainnya dari situasi presisi tinggi.
Pengembangan perangkat elektronik TCXO
TCXO dalam sepuluh tahun terakhir telah membuat kemajuan pesat, yang pada presisi penelitian TCXO dan pengembangan dan produksi, dan dominasi terkemuka Jepang. Pada akhir 1970-an volume telepon mobil dengan TCXO 20 di atas, produk utama saat ini untuk 0.4, ultra-miniatur perangkat TCXO volume hanya 0,27. Dalam 30 tahun, Volume TCXO itu dikurangi menjadi 1/50 atau bahkan 1/100. Jepang Kyoto Perusahaan Keramik diproduksi menggunakan reflow solder metode Permukaan Gunung TCXO ketebalan menurun oleh 4mm 2mm, 4ms setelah dimulainya amplitudo osilasi osilasi dapat mencapai 90% dari nominal. Jinshi (KSS) Kelompok produksi TCXO rentang frekuensi 2 ~ 80MHz, suhu dari -10 ℃ sampai 60 ℃ ketika mengubah stabilitas ± 1ppm atau ± 2 ppm, digital TCXO cakupan frekuensi 0,2 ~ 90MHz, frekuensi stabilitas dari ± 0.1ppm (-30 ℃ ~ 85 ℃). Jepang Dongze Telegraph diproduksi TCO-935/937 jenis chip langsung Pemanasan Jenis TCXO, karakteristik suhu frekuensi (titik frekuensi 15.36MHz) adalah ± 1ppm/-20 ~ 70 ℃, di 5V ± 5% dari tegangan suplai karakteristik tegangan frekuensi ± 0.3ppm, gelombang sinus gelombang keluaran (amplitudo 1Vpp), konsumsi saat ini kurang dari 2mA, Volume 1, beratnya hanya 1g. PiezoTechnology produksi X3080-jenis permukaan mount TCXO dan perforasi dalam dua paket, keluaran sinusoidal atau logika, -55 ℃ ~ 85 ℃ jangkauan bisa mencapai ± 0.25 ~ ± akurasi 1ppm. Dan tingkat yang lebih tinggi dari produk dalam negeri, seperti Beijing Ruihua Xin Technology Development Co, Ltd meluncurkan TCXO (32 ~ 40MHz) dengan ketelitian suhu kamar lebih baik dari ± 1ppm, frekuensi tahun pertama tingkat penuaan ± 1ppm, frekuensi (mekanik) fine-tuning ≥ ± 3 ppm, konsumsi daya ≤ 120mW. Perangkat TCXO stabilitas tinggi saat ini, akurasi hingga ± 0.05ppm. Crystal Oscillator Dikompensasi Suhu
Presisi, konsumsi daya rendah dan miniaturisasi, masih topik penelitian TCXO. Dalam aspek miniaturisasi dan berbasis chip, menghadapi banyak kesulitan, utama dua hal: Pertama, membuat kristal kuarsa osilator frekuensi besaran variabel kecil kecil, kompensasi suhu lebih sulit, Kedua-piece dikemas dalam operasi solder reflow, karena suhu pengelasan lebih tinggi dari suhu maksimum yang diijinkan dari TCXO, frekuensi osilator kristal akan berubah, jika terbatas pada pendinginan pendinginan lokal tindakan yang telah dilakukan, sulit untuk mengubah frekuensi TCXO kontrol sebesar ± 0,5 × 10 - 6 atau kurang. Namun, TCXO meningkatkan tingkat teknologi tidak masuk ke batas, konten yang inovatif dan potensi masih besar.
Aplikasi TCXO
[My-Blog's]
0 Komentar