دستگاه های زمان سنجی تقریباً همه جا هستند و بخش مهمی از جامعه مدرن هستند. زمان سنجی دقیق نیاز به یک دستگاه مانند یک کریستال کوارتز دارد که با فرکانس دقیقی نوسان می کند.همچنین یک مدار یکپارچه (IC) که دستگاه را کنترل می کندماژول های ساعت بسته بندی شده معمولاً حاوی IC های کریستالی و کنترل هستند. مدار های نوسان دهنده الکترونیکی فرکانس آنها از kilohertz (kHz) تا megahertz (MHz) می باشد.
کریستال های KHz می توانند به طور جداگانه فروخته شوند یا در محصولات دیگر مانند سیگنال های کریستال (CXO) ، سیگنال های کریستال دمای دیجیتال (DTCXO) و ساعت زمان واقعی (RTC) ادغام شوند.
عوامل تعیین کننده انتخاب کریستال kHz
هنگام انتخاب کریستال های کیلو هرتز برای یک برنامه کاربردی، اندازه و فرکانس مورد نیاز مهمترین ملاحظات هستند، اما برخی از پارامترهای دیگر نیز برای طراحی مدارهای مناسب مهم هستند.
این موارد شامل:
تحمل فرکانس، ثبات و پیری
ظرفیت بار (CL)
مقاومت سری معادل (ESR)
سطح محرک (DL)
دمای کاری
کریستال های KHz به طور معمول دارای الزامات ASIC هستند که مقادیر پارامترهای مورد نیاز را لیست می کنند. اطلاعات ASIC نقطه شروع محکم برای طراحی مدار را فراهم می کند. 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 crystalsبا این حال، فرآیند تولید فوتولیتوگرافی تضمین می کند که کوچک سازی مدار های نوسان دهنده کریستال بر پارامترهای مورد نیاز برای عملکرد کارآمد آنها تأثیر نمی گذارد.
تحمل فرکانس، ثبات و پیری
اگرچه یک کریستال فرکانس خاصی را مشخص می کند، انحراف فرکانس ممکن است به دلیل استرس در فرآیند تولید یا فشارهای روی سطح در طول عملیات معمول رخ دهد.انحراف فرکانس را می توان با ارزیابی سه پارامتر خلاصه کرد: تحمل فرکانس، ثبات فرکانس و پیری.
تحمل فرکانس به عنوان تفاوت بین فرکانس های واقعی و اسمی کریستال در 25 درجه سانتیگراد تعریف می شود.ثبات فرکانس به حداکثر تغییر فرکانس ناشی از دمای در محدوده دمای تنظیم شده اشاره دارد.برای بهبود دقت کریستال، استفاده از kHz XO توصیه می شود، که اجازه می دهد تا فرکانس با دمای تغییر کند (شکل 1) و مطابق با آن کالیبر شود.پیری یک تغییر در فرکانس در طول زمان استمهر و موم اثرات پیری را کاهش می دهد اما ممکن است اندازه را افزایش دهد.
نمودار فرکانس نوسانگر در مقایسه با درجه حرارت
شکل 1: فرکانس نوسانگر با درجه حرارت متفاوت است و باید در فرآیند اندازه گیری، به ویژه برای محیط های شدید در نظر گرفته شود.
ظرفیت بار (CL)
ظرفیت بین دو ترمینال یک کریستال ظرفیت بار آن است. طراحان باید ظرفیت منحرف خارجی را در نظر بگیرند زیرا باعث انحراف فرکانس می شود.
عدم تطابق بین CL و ظرفیت مدار هنگام استفاده از کریستال های کوچکتر نگران کننده است زیرا کریستال های کوچکتر نسبت به تغییرات ظرفیت حساس تر هستند.کریستال هایی که دارای مقادیر CL پایین هستند نیز به خصوص نسبت به فرکانس حساس هستند.برای طراحی مدارهای کوچک در فضاهای محدود، طراحان اغلب کریستال هایی را با مقادیر CL بالاتر انتخاب می کنند.
سطح محرک (DL)
DL مقدار جریان مورد نیاز برای حفظ نوسان ثابت در حالی که به حداقل رساندن آسیب ساختاری است.توصیه می شود کریستال هایی را با مقدار DL برابر یا بالاتر از سطح محرک مدار داده شده انتخاب کنید تا از عدم ثبات فرکانس یا شکست زودرس جلوگیری شود..
دمای کاری
تاثیر دمای بر فرکانس از محدوده مشخص شده توسط شاخص ثبات فرکانس فراتر می رود. طراحان باید نه تنها دمای عملیاتی کل مدار را در نظر بگیرند،اما همچنین محل کریستال در مدار، زیرا برخی از مناطق آسان تر از دیگران گرم می شوند. علاوه بر این، هرچه مدار و کریستال کوچکتر باشد، بسته قطعات محکم تر است و کل سیستم گرمایی بیشتری تولید می کند. در این مورد،بهتر است از کریستال هایی استفاده کنید که در محدوده ی دمایی خاصی بهتر کالیبراسیون شده اند.، مانند محصولات DTCXO یا RTC. ماژول های DTCXO و RTC در طرح های جمع و جور عملکرد خوبی دارند و همچنین می توانند در برنامه هایی که نیاز به ثبات بالا یا مصرف انرژی پایین دارند، سودمند باشند.
کریستال های KHz و ماژول های مرتبط
اپسون تعداد زیادی کریستال کیلو هرتز و همچنین ماژول های DTCXO و RTC تولید می کند. برخی از این محصولات و مشخصات آنها به طور خلاصه در زیر معرفی می شوند.
سری FC3215AN یک کریستال 32.768 کیلو هرتز با ESR 35 k Ω و بسته بندی فشرده است که آن را برای الکترونیک قابل حمل و کاربردهای فضای محدود ایده آل می کند.سری FC3215AN برای کاربردهای مختلف قابل استفاده است.، مانند ماژول بی سیم، اینترنت اشیاء، تجهیزات پزشکی، صنعتی، نظارت بر امنیت، متر هوشمند، الکترونیک مصرفی و برنامه های MCU کم مصرف.این محدوده پشتیبانی می کند طیف گسترده ای از دمای عملیاتی از - 40 ° C به + 105 ° C با 3.2 mm x 1.5 mm x 0.9 mm کپسول و تخصیص های استاندارد پین.
کریستال های سری FC2012AN 32.768 kHz شبیه مشخصات سری FC3215AN هستند اما از بسته های کوچکتر 2.05 میلی متر x 1.2 میلی متر x 0.6 میلی متر و اختصاص های استاندارد پین استفاده می کنند. به طور مشابه،کریستال های سری FC2012SN (شکل 2) برای کاربردهای مختلف مناسب هستند.، مانند دستگاه های پوشیدنی MCU، و ماژول های بی سیم در زمینه های اینترنت اشیاء، درمان پزشکی، صنعت، امنیت، مترهای هوشمند و غیره