در محصولات الکترونیکی کم مصرف، منابع زمان بندی عوامل محرک ضمنی برای عمر باتری، قابلیت اطمینان و عملکرد هستند. برای دههها، کریستالهای کوارتز جزء زمانبندی استاندارد در محصولات الکترونیکی تا زمان ظهور نوسانگرهای سیستمهای میکروالکترومکانیکی مبتنی بر سیلیکون (MEMS) بودهاند.
انتخاب نوسانگرهای MEMS یکی از تاثیرگذارترین مراحل در طراحی برنامه های کاربردی مختلف از دستگاه های پوشیدنی و حسگرهای اینترنت اشیا گرفته تا سیستم های دیجیتال صنعتی و پرسرعت است. این نوع کریستال بر روی یک ویفر سیلیکونی حک شده و با فرکانس دقیق ارتعاش میکند و یک سیگنال زمانبندی دیجیتال پایدار ارائه میکند.
کریستالهای کوارتز از دهه 1930 مورد استفاده قرار گرفتهاند، و با تکیه بر پیزوالکتریکی که با ولتاژ اعمال میشوند برای ارتعاش در فرکانسهای دقیق استفاده میشوند. کریستالهای کوارتز دارای ثبات طبیعی هستند و زمانبندی قابل اعتماد طولانیمدت را برای دستگاههایی مانند میکروکنترلرها و رادیوها تضمین میکنند.
با این حال، کریستالهای کوارتز نسبتاً شکننده هستند و در فرکانسهای خاصی کار میکنند، که میتواند در طول تکرار طراحی و سفارشیسازی فرکانس مشکلاتی ایجاد کند. علاوه بر این، کریستال های کوارتز تنها چند میلی ثانیه پس از روشن شدن تثبیت می شوند و برای دستگاه های کم مصرف با چرخه خواب مکرر مناسب نیستند.
جایگزین های الکترونیکی مانند نوسان سازهای خازنی مقاومتی (RC) و نوسان سازهای خازن القایی (LC) می توانند سیگنال های ساعت را از قطعات الکترونیکی تولید کنند، اما ممکن است باعث تغییر فرکانس به دلیل دما، ولتاژ یا پیری شوند.
نوسانگرهای MEMS پایداری مکانیکی کوارتز را با کوچک سازی، مقاومت در برابر ضربه و پیکربندی سیلیکون یکپارچه می کند. بنابراین، این نوسان ساز به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به مصرف برق کم، دوام یا فضای محدود دارند، مناسب است. این نوسان ساز با سرعت میکروثانیه بیدار می شود، پایدار می ماند و در طول تغییرات دما انرژی کم مصرف می کند، در نتیجه زمان کار طولانی تر، اندازه باتری کوچکتر، طراحی فشرده تر و بادوام تر است.
گزینه های مقاوم در برابر لرزه و قابل برنامه ریزی
Abracon طیف وسیعی از دستگاههای کنترل زمان و فرکانس، از جمله نوسانگرهای MEMS سری AMMLP را ارائه میکند که کنترل فرکانس با دقت بالا را در بستهبندیهای بسیار فشرده و کم مصرف ممکن میسازد (شکل 1). در مقایسه با کوارتز سنتی، دستگاه های AMMLP با مقاومت در برابر ضربه، اندازه بسیار کوچک و قابلیت برنامه ریزی مشخص می شوند که به طور کامل فرکانس طراحی و الزامات بسته بندی مهندسان را برآورده می کند.
شکل 1: نوسان ساز MEMS سری AMMLP Abracon بسته بندی استاندارد صنعتی را با محدوده انتخاب فرکانس گسترده ای اتخاذ می کند. (منبع تصویر: آبراکن)
از نسل بعدی ردیاب های تناسب اندام گرفته تا هواپیماهای بدون سرنشین خودران، نوسانگرهای AMMLP می توانند زمان بندی دقیق و کم مصرف مورد نیاز برای کاربردهای مدرن را فراهم کنند. محدوده فرکانس دستگاه های AMMLP 2.3 مگاهرتز تا 170 مگاهرتز است، با طیف کاملی از انواع که ترکیبی از دقت، مصرف انرژی کم و انعطاف پذیری است. این دستگاه ها از چهار ولتاژ منبع تغذیه پشتیبانی می کنند: 1.8 ولت، 2.5 ولت، 3.3 ولت یا ولتاژهای پیوسته از 2.25 ولت تا 3.6 ولت.
از دیدگاه مصرف انرژی، نوسانگرهای AMMLP برای بهره وری انرژی با مصرف جریان معمولی تقریباً 6.5 میلی آمپر طراحی شده اند. بسیاری از مدلها حالتهای آماده به کار یا فعال کردن خروجی را نیز دارند که به آنها اجازه میدهد در حالی که دستگاه از نظر انرژی کارآمد است، وارد حالت خواب شوند. این اسیلاتور از اندازههای بستهبندی استاندارد صنعتی 2.0 x 1.6 mm، 2.5 x 2.0 mm، 3.2 x 2.5 mm، 5.0 x 3.2 mm و 7.0 x 5.0 mm استفاده میکند و دستیابی به یکپارچگی تعبیهشده را حتی در فشردهترین طراحی آسان میکند.
ثبات فرکانس
دستگاه های Abracon را می توان برای تقریباً هر فرکانس در محدوده آنها قبل از خروج از کارخانه برنامه ریزی کرد. پایداری فرکانس را می توان در محدوده دمایی گسترده ای از 20 ± ppm تا 50 ± ppm انتخاب کرد و از ثبات زمان برای کاربردهای صنعتی یا مصرفی قابل حمل اطمینان حاصل کرد.
AMMLPAALJS-24.0000T یک نوسان ساز MEMS 2.0 x 1.6 میلی متری است که در فضای PCB صرفه جویی می کند و در عین حال فرکانس میانی 24 مگاهرتز با دقت بالا و کم مصرف ارائه می دهد. این نوسان ساز سیگنال های ساعت پایدار را برای میکروکنترلرها، RF بی سیم و سایر مدارهای دیجیتال ارائه می دهد. ولتاژ منبع تغذیه از 2.25 ولت تا 3.63 ولت متغیر است و حداکثر جریان کاری آن 7.5 میلی آمپر است و جریان آماده به کار آن تنها 1.8 میکرو آمپر است. برای دستگاه های با باتری بسیار مناسب است.
AMMLPDALJS-25.0000T دارای اندازه کمی بزرگتر 2.5 x 2.0 میلی متر است و در فرکانس 25 مگاهرتز کار می کند که معمولاً برای اترنت، USB و رادیوهای بی سیم خاص استفاده می شود. جریان آماده به کار معمولی این دستگاه تنها 1 µA است و همچنین دارای ولتاژ کاری انعطافپذیر از 2.25 ولت تا 3.63 ولت است که کارایی بازده انرژی بالا را در طرحهای قابل حمل یا صنعتی تضمین میکند.
AMMLPDDLJS-50.0000T با فرکانس 50 مگاهرتز از یک بسته 2.5 x 2.0 میلی متری با مصرف انرژی آماده به کار 1 µA استفاده می کند، از منبع تغذیه 1.8 ولت پشتیبانی می کند و تا 7.5 میلی آمپر در حین کار مصرف می کند. این نوسان ساز از نظر اندازه جمع و جور است و مصرف انرژی پایینی دارد و برای کسانی که به فضای عالی و بهره وری انرژی نیاز دارند گزینه ایده آلی است.
هر سه دستگاه دارای ثبات فرکانس ± 20 ppm و خروجی CMOS هستند که طراحی برنامه را ساده می کند.