I prodotti di cronometraggio sono quasi onnipresenti e una parte importante della società moderna.con un circuito integrato che controlla il dispositivoI moduli di orologeria confezionati in genere contengono sia circuiti cristallini che di controllo.
I cristalli KHz possono essere venduti separatamente o integrati in altri prodotti come gli oscillatori a cristallo (CXO), gli oscillatori a cristallo compensati a temperatura digitale (DTCXO) e l'orologio in tempo reale (RTC).
Fattori che determinano la selezione dei cristalli a kHz
Quando si selezionano cristalli kHz per un'applicazione, le considerazioni più importanti sono le dimensioni e la frequenza richiesta, ma alcuni altri parametri sono anche importanti per progettare circuiti adeguati.
Tra questi si annoverano:
Tolleranza alla frequenza, stabilità e invecchiamento
Capacità di carico (CL)
Resistenza in serie equivalente (ESR)
Livello di azionamento (DL)
temperatura di funzionamento
I cristalli KHz hanno in genere requisiti ASIC, che elencano i valori dei parametri richiesti. The trend toward miniaturization of electronic circuits means that designers need to pay particular attention to these factors because the size and dense packaging of components affect the characteristics and performance of crystalsTuttavia, il processo di fabbricazione della fotolitografia garantisce che la miniaturizzazione dei circuiti degli oscillatori a cristallo non influisca sui parametri richiesti per il loro funzionamento efficiente.
Tolleranza alla frequenza, stabilità e invecchiamento
Anche se un cristallo specifica una frequenza specifica, possono verificarsi deviazioni di frequenza a causa di sollecitazioni nel processo di fabbricazione o deformazioni sulla superficie durante il funzionamento di routine.La deviazione di frequenza può essere riassunta valutando tre parametri: tolleranza alla frequenza, stabilità della frequenza e invecchiamento.
La tolleranza di frequenza è definita come la differenza tra le frequenze effettive e nominali del cristallo a +25 °C.La stabilità di frequenza si riferisce allo spostamento massimo di frequenza causato dalla temperatura nell'intervallo di temperatura impostatoPer migliorare la precisione dei cristalli, si raccomanda di utilizzare la frequenza a kHz XO, che consente di modificare la frequenza con la temperatura (Fig. 1) e di calibrare di conseguenza.L'invecchiamento è una variazione di frequenza nel tempoLe guarnizioni riducono gli effetti dell'invecchiamento ma possono aumentare le dimensioni.
Frequenza dell'oscillatore rispetto al grafico di temperatura
Figura 1: La frequenza dell'oscillatore varia con la temperatura e deve essere presa in considerazione nel processo di dimensionamento, in particolare per ambienti estremi.
Capacità di carico (CL)
La capacità tra i due terminali di un cristallo è la sua capacità di carico.
Il disallineamento tra CL e capacità del circuito è particolarmente preoccupante quando si utilizzano cristalli più piccoli perché i cristalli più piccoli sono più sensibili alle variazioni di capacità.I cristalli con bassi valori CL sono particolarmente sensibili alla frequenzaPer progettare piccoli circuiti in spazi ristretti, i progettisti spesso scelgono cristalli con valori CL più elevati.
Livello di azionamento (DL)
DL è la quantità di corrente necessaria per mantenere una oscillazione costante riducendo al minimo i danni strutturali.Si raccomanda di selezionare cristalli con un valore DL pari o superiore al livello di azionamento del circuito specificato per evitare instabilità della frequenza o guasti prematuri.
temperatura di funzionamento
L'influenza della temperatura sulla frequenza supera l'intervallo specificato dall'indice di stabilità della frequenza.ma anche la posizione dei cristalli nel circuitoInoltre, più piccolo è il circuito e il cristallo, più stretto è il pacchetto dei componenti e più calore genera l'intero sistema.è meglio usare cristalli che sono meglio calibrati su un certo intervallo di temperatura, come i prodotti DTCXO o RTC. I moduli DTCXO e RTC hanno buone prestazioni in progetti compatti e possono anche essere vantaggiosi in applicazioni che richiedono un'elevata stabilità o un basso consumo di energia.
Cristali KHz e moduli associati
Epson produce un gran numero di cristalli a kHz, nonché moduli DTCXO e RTC.
La serie FC3215AN è un cristallo a 32,768 kHz con un ESR basso fino a 35 k Ω e un pacchetto compatto, che lo rende ideale per l'elettronica portatile e le applicazioni con spazio limitato.La serie FC3215AN è applicabile a varie applicazioni, quali moduli wireless, Internet delle cose, apparecchiature mediche, industriali, di monitoraggio della sicurezza, contatori intelligenti, elettronica di consumo e applicazioni MCU a bassa potenza.L'intervallo supporta un'ampia gamma di temperature di funzionamento da - 40 ° C a + 105 ° C con 3.2 mm x 1,5 mm x 0,9 mm di incapsulazione e assegnazioni standard di pin.
I cristalli della serie FC2012AN a 32,768 kHz sono simili alle specifiche della serie FC3215AN, ma utilizzano pacchetti più piccoli di 2,05 mm x 1,2 mm x 0,6 mm e assegnazioni di pin standard.la serie di cristalli FC2012SN (figura 2) è adatta a una varietà di applicazioni, quali dispositivi indossabili MCU, e moduli wireless nei settori dell'Internet of Things, della cura medica, dell'industria, della sicurezza, dei contatori intelligenti, ecc.