česky english Vítejte, dnes je sobota 16. listopad 2019

Krystaly a krystalové oscilátory Ansen

14.10. 2019 | Součástky - novinky
Autor: SOS electronic
01.jpg

Bez krystalových oscilátorů by neexistovala bezdrátová komunikace, přijímače GPS nebo Ethernet. Rozšiřujeme proto portfolio dodavatelů o renomovaného výrobce ANSEN. Ačkoliv existují nové technologie jako MEMS oscilátory, dominantním zdrojem přesné a stabilní frekvence stále zůstávají krystalové oscilátory.

Požadovaná frekvenční stabilita pro různé aplikace

  • USB low speed (1,5 Mb/s) ±1.5% (15 000ppm)
  • USB full speed (12Mb/s) ±0.25% (2 500ppm)
  • USB high speed (480Mb/s) ±500ppm
  • Ethernet 10/100/1000Mb/s ±100ppm (±50ppm při 25°C, ±50ppm pro ostatní vlivy)
  • Wi-Fi 802.11 a/b/g/n, Bluetooth: 20ppm

S rostoucími požadavky na přenosovou rychlost a efektivnější využití rádiového spektra rostou i požadavky na frekvenční stabilitu. Například základnová stanice pro mobilní telefony potřebuje přesnost 50ppb (part per bilion).

Oscilátory v mikrokontrolérech

Současné mikrokontroléry mají zabudovaný RC oscilátor kalibrovaný ve výrobě a oscilátory pro externí krystaly nebo keramický rezonátor.

Interní RC oscilátor

16MHz interní RC oscilátor v moderních mikrokontrolérech jako například sérii STM32L4 je kalibrován ve výrobě a dosahuje přesnost -2% až 1.5% (-20 000ppm až 15 000ppm) v rozsahu pracovních teplot okolí -40 až 85°C. Postupná změna frekvence s časem není specifikována.

Oscilátor s keramickým rezonátorem

  • Keramický rezonátor 12MHz, 3,2x1,3x0,7mm, Murata CSTNE12M0GH5L000R0
  • Rozsah pracovních teplot okolí: -40...85°C
  • Tolerance frekvence při 25°C: ±0.07%=±700ppm
  • Stabilita frekvence v rozsahu pracovních teplot okolí: ±0.11%=±1100ppm
  • Stárnutí: ±0.07%/10 rokov pri 25°

Celková odchylka frekvence za 10 roků: 700ppm+1100ppm+700ppm=2500ppm

Oscilátor s krystalem

  • Standardní krystal Ansen 12MHz, 3.2x2.5x0.75mm: ASX3F-12M-FE180E5
  • Rozsah pracovních teplot okolí: -40...85°C
  • Tolerance frekvence při 25°C: ±30ppm
  • Stabilita frekvence v rozsahu pracovních teplot okolí: ±30ppm
  • Stárnutí: ±3ppm/rok 

Celková odchylka frekvence za 10 roků: 30ppm+30ppm+30ppm=90ppm

Krystalový oscilátor nabízí nejlepší přesnost. Praktický limit pro standardní krystalový oscilátor (XO) je ± 10ppm (tolerance frekvence při 25°C, stabilita frekvence v rozsahu pracovních teplot okolí, změny napájecího napětí, otřesů, vibrací a stárnutí za 1 rok).

Důležité parametry krystalu

Nominální frekvence a zatěžovací kapacita (CL)

Nejpoužívanější topologií je Pierce oscilátor. Krystal se chová jako induktor.

ansen-2

Zatěžovací kapacita CL zkompletuje paralelní rezonanční obvod. Hodnotu CL specifikuje výrobce krystalů. Aby byla frekvence přesná, obvod oscilátoru musí mít stejnou zatěžovací kapacitu, na kterou byl krystal nastaven.

ansen-3

Ekvivalentní sériový odpor (ESR)

Zpětnovazební rezistor transformuje logické CMOS hradlo (invertor) na lineární zesilovač se strmostí Gm=- di/du, výstupní proud zesilovače je tedy úměrný vstupnímu napětí.

ansen-4

Zesilovač musí mít dostatečnou strmost, aby kompenzoval ztráty oscilační smyčky (ESR a proud tekoucí přes CL1, CL2 a parazitní kapacity vývodů do GND) a poskytl energii na rozběh kmitání. Typická Gm je řádově mA/V pro krystaly v MHz rozsahu a uA/V pro 32,768KHz krystaly.

Pro spolehlivý provoz se doporučuje, aby Gm> 5gm_crit.

gm_crit = 4*ESR*(2πF)^2*(C0 + CL)^2 kde

  • ESR je ekvivalentní sériový odpor
  • C0 je vlastní kapacita krystalu
  • CL je nominální zatěžovací kapacita
  • F nominální frekvence

Úroveň buzení

Maximální úroveň buzení určuje výrobce krystalů, obvykle v uW. Překročení této hodnoty může zkrátit životnost krystalu nebo způsobit poškození nadměrnými mechanickými vibracemi. Ansen doporučuje úroveň buzení 100uW. Nižší úroveň buzení může zabránit oscilacím, vyšší úroveň zvyšuje rezonanční frekvenci krystalů s AT řezem.

Více informací naleznete v STM AN2867 a John R. Vig – Quartz Crystal Resonators and Oscillators for Frequency Control and Timing Applications - Tutorial.

Proč jsme se rozhodli pro Ansen?

Ansen je předním výrobcem produktů pro řízení frekvence. Nabídka zahrnuje krystaly, krystalové oscilátory a keramické rezonátory. Díky nepřetržitému technologickému průlomu a vysoce přesné výrobní technologii se produkty Ansen využívají nejen ve spotřební elektronice a průmyslových odvětvích, ale i v automobilovém průmyslu.

Ansen nabízí:

  1. systém řízení certifikovaný podle mezinárodních norem ISO 9001, ISO 14001 a IECQ QC 080000
  2. vynikající spolehlivost, pájitelnost, teplotní hysterezi, odolnost vůči vibracím a šokům
  3. nízké stárnutí a rozšířený rozsah teplot
  4. vysoce přesnou výrobní technologii
  5. produkty pro automobilový průmysl v souladu s AEC-Q200

Do naší skladové nabídky jsme proto zařadili 29 krystalů Ansen v pouzdrech HC-49/US (SMD a TH verze) a 3.2x2.5mm SMD.  Nabídku budeme postupně rozšiřovat podle vašich potřeb a požadavků. 

Ceny krystalů se zobrazují všem zákazníkům přihlášeným do našeho on-line shopu.

Pokud se zajímáte i o další produkty Ansen nebo se potřebujete poradit, kontaktujte nás prosím na adrese ansen@soselectronic.com 

Převzato z webu SOS electronic.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik