Produkty do pomiaru czasu są niemal wszechobecne i stanowią ważny element współczesnego społeczeństwa. Dokładny pomiar czasu wymaga urządzeń takich jak kryształy kwarcu, które mogą oscylować z precyzyjnymi częstotliwościami, a także układów scalonych (IC) sterujących urządzeniami. Hermetyzowane moduły zegara zazwyczaj zawierają zarówno kryształy, jak i układy sterujące. Zakres częstotliwości obwodów oscylatorów elektronicznych waha się od kiloherców (kHz) do megaherców (MHz).
Kryształy kHz mogą być sprzedawane osobno lub zintegrowane z innymi produktami, takimi jak oscylatory kwarcowe (CXO), cyfrowe oscylatory kwarcowe z kompensacją temperatury (DTCXO) i zegary czasu rzeczywistego (RTC).
Czynniki determinujące dobór kryształów kHz
Przy wyborze kryształów kHz do zastosowań najważniejszymi czynnikami są rozmiar i pożądana częstotliwość, ale inne parametry są również istotne przy projektowaniu odpowiednich obwodów.
Obejmuje to:
Tolerancja częstotliwości, stabilność i starzenie
Pojemność obciążenia (CL)
Równoważna rezystancja szeregowa (ESR)
Poziom napędu (DL)
Temperatura pracy
Kryształy kHz zazwyczaj mają wymagania dotyczące układów scalonych specyficznych dla aplikacji (ASIC), które zawierają listę wartości wymaganych parametrów. Informacje ASIC mogą stanowić solidny punkt wyjścia do projektowania obwodów. Trend w kierunku miniaturyzacji obwodów elektronicznych oznacza, że projektanci muszą zwracać szczególną uwagę na powyższe czynniki, ponieważ rozmiar i gęste upakowanie komponentów może mieć wpływ na właściwości i działanie kryształów. Jednakże proces wytwarzania fotolitografii gwarantuje, że miniaturyzacja obwodów oscylatorów kwarcowych nie wpłynie na parametry wymagane do ich wydajnej pracy.
Tolerancja częstotliwości, stabilność i starzenie
Chociaż kryształy mają określone częstotliwości, odchylenia częstotliwości mogą nadal występować z powodu naprężeń podczas produkcji lub naprężeń powierzchniowych podczas codziennej pracy. Odchylenie częstotliwości można podsumować, oceniając trzy parametry: tolerancję częstotliwości, stabilność częstotliwości i starzenie.
Tolerancję częstotliwości definiuje się jako różnicę pomiędzy częstotliwością rzeczywistą a częstotliwością nominalną kryształu w temperaturze +25°C. Stabilność częstotliwości odnosi się do maksymalnego przesunięcia częstotliwości spowodowanego temperaturą w ustawionym zakresie temperatur. Aby poprawić dokładność kryształu, zaleca się użycie kHz XO, które może uwzględnić zmiany częstotliwości wraz z temperaturą (rysunek 1) i przeprowadzić odpowiednią kalibrację. Wreszcie starzenie się odnosi się do dryfu częstotliwości w czasie. Uszczelnianie może zmniejszyć skutki starzenia, ale może zwiększyć rozmiar.