Các sản phẩm đo thời gian gần như ở khắp mọi nơi và là một phần quan trọng của xã hội hiện đại.cũng như một mạch tích hợp (IC) điều khiển thiết bịCác mô-đun đồng hồ đóng gói thường chứa cả IC tinh thể và điều khiển. Các mạch dao động điện tử có tần số từ kilohertz (kHz) đến megahertz (MHz).
Các tinh thể KHz có thể được bán riêng biệt hoặc tích hợp vào các sản phẩm khác như Máy dao động tinh thể (CXO), Máy dao động tinh thể Tăng nhiệt độ kỹ thuật số (DTCXO) và Đồng hồ Thời gian Thực (RTC).
Các yếu tố quyết định sự lựa chọn tinh thể kHz
Khi chọn tinh thể kHz cho một ứng dụng, kích thước và tần số cần thiết là những cân nhắc quan trọng nhất, nhưng một số thông số khác cũng quan trọng để thiết kế mạch thích hợp.
Chúng bao gồm:
Sự dung nạp tần số, ổn định và lão hóa
Năng lượng tải (CL)
Kháng kháng hàng loạt tương đương (ESR)
Mức lái xe (DL)
nhiệt độ hoạt động
Các tinh thể KHz thường có các yêu cầu của ASIC, trong đó liệt kê các giá trị của các thông số cần thiết. 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 crystalsTuy nhiên, quá trình sản xuất quang thạch đảm bảo rằng việc thu nhỏ các mạch dao động tinh thể không ảnh hưởng đến các thông số cần thiết cho hoạt động hiệu quả của chúng.
Sự dung nạp tần số, ổn định và lão hóa
Mặc dù tinh thể chỉ định tần số cụ thể, sự lệch tần số có thể xảy ra do căng thẳng trong quá trình sản xuất hoặc căng thẳng trên bề mặt trong hoạt động thông thường.Sự lệch tần số có thể được tóm tắt bằng cách đánh giá ba thông số: dung nạp tần số, ổn định tần số, và lão hóa.
Độ khoan dung tần số được định nghĩa là sự khác biệt giữa tần số thực tế và danh nghĩa của tinh thể ở + 25 ° C.Sự ổn định tần số đề cập đến sự thay đổi tần số tối đa do nhiệt độ trong phạm vi nhiệt độ đặtĐể cải thiện độ chính xác tinh thể, nó được khuyến cáo sử dụng kHz XO, cho phép thay đổi tần số với nhiệt độ (Hình 1) và được hiệu chỉnh phù hợp.lão hóa là một sự thay đổi về tần suất theo thời gian. Các con dấu giảm tác dụng lão hóa nhưng có thể tăng kích thước.
Biểu đồ tần số dao động so với nhiệt độ
Hình 1: Tần số dao động thay đổi theo nhiệt độ và cần phải được xem xét trong quá trình kích thước, đặc biệt là cho môi trường khắc nghiệt.
Năng lượng tải (CL)
Capacitance giữa hai đầu của một tinh thể là capacitance tải của nó. Các nhà thiết kế cần xem xét capacitance lạc bên ngoài vì nó gây ra trục trặc tần số.
Sự không phù hợp giữa CL và công suất mạch là một mối quan tâm đặc biệt khi sử dụng các tinh thể nhỏ hơn vì các tinh thể nhỏ hơn nhạy cảm hơn với biến đổi công suất.Các tinh thể có giá trị CL thấp cũng đặc biệt nhạy cảm với tần sốĐể thiết kế các mạch nhỏ trong không gian kín, các nhà thiết kế thường chọn các tinh thể có giá trị CL cao hơn.
Mức lái xe (DL)
DL là lượng dòng điện cần thiết để duy trì dao động ổn định trong khi giảm thiểu thiệt hại cấu trúc.Nên chọn các tinh thể có giá trị DL bằng hoặc lớn hơn mức ổ mạch cho phép để tránh sự bất ổn tần số hoặc hỏng sớm.
nhiệt độ hoạt động
Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tần số vượt quá phạm vi được chỉ định bởi chỉ số ổn định tần số.nhưng cũng là vị trí của các tinh thể trong mạchNgoài ra, mạch và tinh thể càng nhỏ, bao bì thành phần càng chặt chẽ và toàn bộ hệ thống càng tạo ra nhiệt.tốt nhất là sử dụng tinh thể được hiệu chỉnh tốt hơn trong một phạm vi nhiệt độ nhất địnhCác mô-đun DTCXO và RTC hoạt động tốt trong thiết kế nhỏ gọn và cũng có thể có lợi trong các ứng dụng đòi hỏi sự ổn định cao hoặc tiêu thụ năng lượng thấp.
Các tinh thể KHz và các mô-đun liên quan
Epson sản xuất một số lượng lớn các tinh thể kHz, cũng như các mô-đun DTCXO và RTC.
Dòng FC3215AN là một tinh thể 32,768 kHz với ESR thấp đến 35 k Ω và một gói nhỏ gọn, làm cho nó lý tưởng cho các thiết bị điện tử di động và các ứng dụng không gian hạn chế.Dòng FC3215AN áp dụng cho các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như mô-đun không dây, Internet of Things, thiết bị giám sát y tế, công nghiệp, an ninh, đồng hồ thông minh, thiết bị điện tử tiêu dùng và các ứng dụng MCU năng lượng thấp.Phạm vi hỗ trợ một phạm vi nhiệt độ hoạt động mở rộng từ - 40 ° C đến + 105 ° C với 3.2 mm x 1,5 mm x 0,9 mm bao trùm và phân bổ chân tiêu chuẩn.
Các tinh thể 32.768 kHz của dòng FC2012AN tương tự như các thông số kỹ thuật của dòng FC3215AN, nhưng sử dụng các gói nhỏ hơn 2,05 mm x 1,2 mm x 0,6 mm và phân bổ chân tiêu chuẩn.Các tinh thể dòng FC2012SN (Hình 2) phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như thiết bị đeo MCU, Và các mô-đun không dây trong lĩnh vực Internet of Things, điều trị y tế, công nghiệp, an ninh, đồng hồ thông minh, vv