{"id":63169,"date":"2023-11-22T12:15:49","date_gmt":"2023-11-22T12:15:49","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/non-classifiee\/guide-complet-sur-les-cristaux-de-quartz-et-les-oscillateurs-par-iqd\/"},"modified":"2023-11-23T09:07:51","modified_gmt":"2023-11-23T09:07:51","slug":"guide-complet-sur-les-cristaux-de-quartz-et-les-oscillateurs-par-iqd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/fr\/electronique\/guide-complet-sur-les-cristaux-de-quartz-et-les-oscillateurs-par-iqd\/","title":{"rendered":"Guide complet sur les cristaux de quartz et les oscillateurs par IQD"},"content":{"rendered":"\n

Le chronom\u00e9trage repr\u00e9sente une caract\u00e9ristique cruciale dans la conception de la plupart des gadgets \u00e9lectroniques, et les composants d\u00e9di\u00e9s au chronom\u00e9trage sont incontournables pour la fonctionnalit\u00e9 optimale des circuits \u00e9lectroniques. Aujourd’hui, l’industrie du chronom\u00e9trage est largement domin\u00e9e par les dispositifs \u00e0 base de quartz en raison de leur efficacit\u00e9 \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer des fr\u00e9quences stables, assurant ainsi une transmission pr\u00e9cise des donn\u00e9es \u00e0 un co\u00fbt abordable. Avec l’av\u00e8nement de technologies telles que la 5G et le Wi-Fi, il devient imp\u00e9ratif d’am\u00e9liorer davantage la qualit\u00e9 de l’exp\u00e9rience pour les utilisateurs finaux. Il est donc essentiel de s\u00e9lectionner la solution de synchronisation appropri\u00e9e qui r\u00e9pond de mani\u00e8re optimale aux applications de pointe et aux exigences de haute performance des fabricants d’\u00e9quipements d’origine (OEM) et des ing\u00e9nieurs concepteurs.<\/p>\n\n\n\n

Les deux dispositifs de fr\u00e9quence couramment adopt\u00e9s dans les applications de chronom\u00e9trage sont les cristaux de quartz et les oscillateurs. Les cristaux de quartz, en tant que composants passifs, requi\u00e8rent une connexion \u00e0 un circuit d’oscillation externe, g\u00e9n\u00e9ralement int\u00e9gr\u00e9 dans la plupart des microprocesseurs, pour assurer leur fonctionnement. En revanche, un oscillateur ne d\u00e9pend pas d’un circuit externe pour son fonctionnement, car il int\u00e8gre \u00e0 la fois un cristal r\u00e9sonnant et un circuit oscillateur dans un seul dispositif. Les oscillateurs constituent l’option privil\u00e9gi\u00e9e pour le contr\u00f4le de la fr\u00e9quence, demandant moins de connaissances en conception pour leur mise en \u0153uvre en tant que solution tout-en-un. Cependant, les concepteurs exp\u00e9riment\u00e9s pr\u00e9f\u00e8rent souvent les cristaux de quartz, d\u00e9montrant une expertise qui leur permet de choisir le quartz optimal pour am\u00e9liorer les performances de l’oscillateur, conduisant ainsi \u00e0 une optimisation des performances globales.   <\/p>\n\n\n\n

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N\u00e9anmoins, la s\u00e9lection du bon dispositif de fr\u00e9quence pour garantir une fonctionnalit\u00e9 optimale ne se r\u00e9duit pas simplement au type d’op\u00e9ration ; elle d\u00e9pend largement des caract\u00e9ristiques sp\u00e9cifiques des cristaux et des oscillateurs, lesquelles seront examin\u00e9es ci-dessous.<\/p>\n\n\n\n

Les crit\u00e8res cl\u00e9s d\u00e9terminant la qualit\u00e9 d’un chronom\u00e9treur exceptionnel<\/h2>\n\n\n\n

Fr\u00e9quence de fonctionnement : <\/strong>Chaque application poss\u00e8de une plage de fr\u00e9quences sp\u00e9cifique afin d’\u00e9viter tout chevauchement des signaux, garantissant ainsi un fonctionnement optimal. \u00c0 titre d’exemple, la fr\u00e9quence de 32,768 kHz est couramment employ\u00e9e pour la mesure du temps dans les montres num\u00e9riques, tandis que la fr\u00e9quence de 26 MHz rev\u00eat une importance cruciale dans le fonctionnement des syst\u00e8mes GPS. La fr\u00e9quence de 13 MHz est d\u00e9di\u00e9e au GSM, tandis que la fr\u00e9quence de 13,560 MHz est fr\u00e9quemment employ\u00e9e dans le domaine de l’identification par radiofr\u00e9quence (RFID). Le choix d’un dispositif de fr\u00e9quence adapt\u00e9 \u00e0 une application sp\u00e9cifique repr\u00e9sente un facteur essentiel lors de la s\u00e9lection entre cristaux et oscillateurs.<\/p>\n\n\n\n

Stabilit\u00e9 de la fr\u00e9quence :<\/strong> Chaque quartz poss\u00e8de une fr\u00e9quence intrins\u00e8que de r\u00e9sonance, r\u00e9sultant de sa propri\u00e9t\u00e9 pi\u00e9zo\u00e9lectrique inh\u00e9rente. La stabilit\u00e9 de la fr\u00e9quence repr\u00e9sente l’\u00e9cart habituel par rapport \u00e0 la fr\u00e9quence nominale du quartz. Cet \u00e9cart peut r\u00e9sulter de divers facteurs externes, principalement des variations de temp\u00e9rature, mais aussi des fluctuations de la tension d’alimentation, des variations de la valeur de la capacit\u00e9 de charge, ou m\u00eame de l’exc\u00e8s de chaleur engendr\u00e9 par la soudure.<\/p>\n\n\n\n

Les composants \u00e0 stabilit\u00e9 plus \u00e9troite sont minutieusement r\u00e9gl\u00e9s afin de garantir une synchronisation plus pr\u00e9cise, se distinguant ainsi de ceux dont les plages de stabilit\u00e9 sont plus larges. La vaste gamme de produits d’IQD propose de multiples options, comprenant notamment des oscillateur \u00e0 quartz compens\u00e9 entemp\u00e9rature (TCXO) affichant une stabilit\u00e9 aussi remarquable que \u00b10,05 ppm, ainsi que des oscillateurs \u00e0 quartz thermostat\u00e9 (OCXO) tels que l’IQOV-164, garantissant des stabilit\u00e9s de l’ordre de \u00b120 ppb.<\/p>\n\n\n\n

Seuil de Temp\u00e9rature : <\/strong>La temp\u00e9rature repr\u00e9sente le facteur externe le plus influent sur les performances des dispositifs de synchronisation. Lorsque la temp\u00e9rature fluctue, la fr\u00e9quence subit \u00e9galement des variations. Ces fluctuations de fr\u00e9quence sont d\u00e9termin\u00e9es par un terme appel\u00e9 stabilit\u00e9 de la fr\u00e9quence. La pr\u00e9cision de la stabilit\u00e9 du quartz est influenc\u00e9e par l’angle de coupe de la barre de quartz lors de sa fabrication. De l\u00e9g\u00e8res modifications de cet angle de coupe d\u00e9terminent les performances obtenues en r\u00e9ponse aux variations de temp\u00e9rature.<\/p>\n\n\n\n

Voici un tableau des applications les plus courantes, accompagn\u00e9 de la plage de temp\u00e9rature de fonctionnement correspondante. <\/p>\n\n\n\n

Applications<\/strong><\/td>Plage de temp\u00e9rature de fonctionnement<\/strong><\/td><\/tr>
Commercial, automobile classe 4<\/td>0 \u00e0 70\u00baC<\/td><\/tr>
Commercial \u00e9tendu<\/td>-20 \u00e0 70\u00baC<\/td><\/tr>
Industriel, automobile classe 3<\/td>-40 \u00e0 85\u00baC<\/td><\/tr>
Industriel \u00e9tendu, automobile classe 2<\/td>-40 \u00e0 105\u00baC<\/td><\/tr>
Automobile classe 1<\/td>-40 \u00e0 125\u00baC<\/td><\/tr>
Militaire, automobile classe 0<\/td>-55 \u00e0 125\u00baC et au-del\u00e0<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Les mod\u00e8les populaires tels que l’IQXC-180 Auto, le CFPX-180 et l’IQXC-42, fr\u00e9quemment employ\u00e9s dans les applications automobiles, offrent tous une vaste plage de temp\u00e9rature de fonctionnement, s’\u00e9tendant de -40 \u00e0 125\u00b0C, ainsi que plusieurs autres plages de temp\u00e9rature plus restreintes. <\/p>\n\n\n\n

Bruit de phase et gigue :<\/strong> Le bruit de phase se r\u00e9f\u00e8re \u00e0 la fluctuation al\u00e9atoire de la phase ou de la fr\u00e9quence d’un signal. Il a le potentiel de perturber la pr\u00e9cision, la r\u00e9solution et d’avoir un impact n\u00e9gatif sur le rapport signal\/bruit (RSB). Quant \u00e0 la gigue, elle introduit des incoh\u00e9rences dans le domaine temporel du signal, ce qui peut entra\u00eener des taux d’erreur sur les bits (BER). Selon l’application sp\u00e9cifique, le concepteur doit opter pour le dispositif de synchronisation qui offre \u00e0 la fois un faible bruit de phase et une faible gigue. Ces facteurs rev\u00eatent une importance cruciale dans certaines des applications les plus essentielles, telles que la navigation, la communication num\u00e9rique, le traitement audio et la technologie radar.<\/p>\n\n\n\n

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Dimension du Bo\u00eetier :<\/strong> La taille du bo\u00eetier des composants joue un r\u00f4le crucial dans la conception des cartes de circuits imprim\u00e9s. La taille des gadgets grand public ne cesse de diminuer, rendant crucial le choix de composants internes de taille appropri\u00e9e. Bien que les cristaux de quartz soient plus compacts que leurs homologues oscillateurs, ils requi\u00e8rent des condensateurs et des circuits suppl\u00e9mentaires pour g\u00e9n\u00e9rer une impulsion de synchronisation. De ce fait, les oscillateurs peuvent repr\u00e9senter l’option privil\u00e9gi\u00e9e lorsque l’espace est une contrainte dans la conception du circuit, contribuant ainsi \u00e0 r\u00e9duire l’empreinte du circuit imprim\u00e9 en tant que bo\u00eetier tout-en-un.<\/p>\n\n\n\n

Le catalogue d’IQD propose \u00e0 la fois des quartz et des oscillateurs herm\u00e9tiquement scell\u00e9s, offrant ainsi une robustesse accrue. Ces composants sont disponibles dans des bo\u00eetiers CMS aussi petits que 1,6 x 1,0 mm et 1,6 x 1,2 mm, en plus de la taille standard industrielle de 2,0 x 1,6 mm.<\/p>\n\n\n

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\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n

Type de signal de sortie pour les oscillateurs :<\/strong> Les fournisseurs de chipsets doivent sp\u00e9cifier l’entr\u00e9e correcte pour leur dispositif de synchronisation. La sortie d’un oscillateur peut \u00eatre de type asym\u00e9trique ou diff\u00e9rentiel. Les sorties asym\u00e9triques sont sp\u00e9cifiquement utilis\u00e9es pour les fr\u00e9quences inf\u00e9rieures \u00e0 environ 100 MHz, tandis que les sorties diff\u00e9rentielles sont pr\u00e9f\u00e9r\u00e9es pour les hautes fr\u00e9quences afin de r\u00e9duire le bruit global du syst\u00e8me.<\/p>\n\n\n\n

Il est \u00e9galement crucial de s’assurer que le signal de sortie de l’oscillateur est adapt\u00e9 \u00e0 la charge appropri\u00e9e, sous peine de rencontrer des probl\u00e8mes au niveau de l’amplitude du signal, des temps de mont\u00e9e et de descente, du rapport cyclique, et du temps de d\u00e9marrage. Voici les types de sorties asym\u00e9triques d’un oscillateur :<\/p>\n\n\n\n

\u2022 Semi-conducteur \u00e0 oxyde m\u00e9tallique compl\u00e9mentaire (CMOS)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 HCMOS (CMOS \u00e0 haute vitesse)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVCMOS (CMOS basse tension)<\/p>\n\n\n\n

Les sorties diff\u00e9rentielles sont relativement plus complexes \u00e0 concevoir, mais elles offrent des performances sup\u00e9rieures dans les applications \u00e0 haute fr\u00e9quence, car tout bruit commun au signal diff\u00e9rentiel s’annule. Voici quelques types de signaux diff\u00e9rentiels :<\/p>\n\n\n\n

\u2022 PECL (logique positive \u00e0 couplage par \u00e9metteur)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVPECL (PECL basse tension)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 CML (logique en mode courant)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVDS (transmission diff\u00e9rentielle basse tension) <\/p>\n\n\n\n

\u2022 HCSL (logique de direction de courant \u00e0 haute vitesse)<\/p>\n\n\n\n

Fonctionnement \u00e0 faible consommation pour les oscillateurs :<\/strong> De nombreux oscillateurs sont \u00e9quip\u00e9s d’une broche d’activation\/d\u00e9sactivation int\u00e9gr\u00e9e, \u00e9l\u00e9ment fondamental de leur fonctionnement \u00e0 faible consommation. Lorsque le dispositif est d\u00e9sactiv\u00e9, l’oscillateur interne cesse de fonctionner, basculant en mode veille et r\u00e9duisant ainsi la consommation de courant. Ceci rev\u00eat une importance accrue, car de nombreux fabricants d’\u00e9lectronique accordent une priorit\u00e9 majeure \u00e0 l’efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique, en particulier pour les appareils de petite taille fonctionnant avec des piles. Par cons\u00e9quent, les oscillateurs optimis\u00e9s pour une alimentation \u00e0 basse tension se r\u00e9v\u00e8lent \u00eatre les meilleurs composants lorsque l’accent est mis sur les consid\u00e9rations de faible consommation. <\/p>\n\n\n\n

Co\u00fbts : <\/strong>Un cristal de quartz simple est plus \u00e9conomique <\/strong>qu’un oscillateur. Cependant, en prenant en compte les frais d’ing\u00e9nierie et le co\u00fbt des composants, les oscillateurs peuvent se r\u00e9v\u00e9ler \u00eatre une option \u00e9conomique dans la conception des circuits. Dans certains cas, opter pour l’utilisation de quartz peut se r\u00e9v\u00e9ler encore plus co\u00fbteux, notamment lorsque les services et les tests sont externalis\u00e9s. Il est crucial de ne pas sous-estimer les d\u00e9penses suppl\u00e9mentaires li\u00e9es aux composants additionnels tels que les condensateurs de charge et les r\u00e9sistances, ainsi qu’aux processus tels que la mise \u00e0 jour des circuits imprim\u00e9s, n\u00e9cessaires pour am\u00e9liorer la performance des signaux.<\/p>\n\n\n\n

De plus, les cristaux de quartz sont plus adapt\u00e9s aux situations dans lesquelles les fabricants souhaitent concevoir leurs propres oscillateurs \u00e9lectroniques, leur offrant la possibilit\u00e9 d’optimiser tous les param\u00e8tres pertinents en fonction de leurs projets sp\u00e9cifiques. \u00c0 l’inverse, les oscillateurs pr\u00e9sentent l’avantage de r\u00e9duire la nomenclature et l’encombrement des circuits imprim\u00e9s. Ainsi, les d\u00e9cisions influenc\u00e9es par le co\u00fbt peuvent \u00eatre bas\u00e9es sur la qualit\u00e9 des applications et l’\u00e9chelle de production.<\/p>\n\n\n\n

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Parcourir les produits IQD<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

FAQ<\/h2>\n\n\n
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Quelle distinction existe-t-il dans le principe de fonctionnement entre les cristaux (XTAL) et les oscillateurs (XO) ?<\/strong><\/strong>\n

La fonction de r\u00e9sonance d’un cristal de quartz est r\u00e9alis\u00e9e en le taillant selon une orientation appropri\u00e9e par rapport \u00e0 l’axe cristallographique des barres de quartz. Cet axe permet de d\u00e9finir les coordonn\u00e9es du r\u00e9seau cristallin. Il s’agit traditionnellement d’un cristal vierge, qui est ensuite positionn\u00e9 entre deux \u00e9lectrodes pour faire passer une tension alternative \u00e0 travers lui. En raison des propri\u00e9t\u00e9s pi\u00e9zo\u00e9lectriques du cristal, l’application de tension provoque un d\u00e9placement m\u00e9canique du cristal, induisant ainsi des vibrations.

Lorsque la fr\u00e9quence de la tension appliqu\u00e9e co\u00efncide avec la r\u00e9sonance m\u00e9canique du cristal, l’amplitude de la vibration atteint des niveaux significatifs. Cela entra\u00eene \u00e9galement une augmentation du courant d’accompagnement, induisant ainsi une diminution de l’ampleur de l’imp\u00e9dance effective de l’appareil. Simultan\u00e9ment, le courant de d\u00e9placement augmente \u00e9galement, contribuant ainsi \u00e0 la diminution de l’ampleur de l’imp\u00e9dance effective. Le changement soudain d’imp\u00e9dance lors de la variation de la tension et de la fr\u00e9quence de r\u00e9sonance est le facteur cl\u00e9 de l’application des cristaux de quartz en tant qu’\u00e9l\u00e9ment de contr\u00f4le de la fr\u00e9quence dans les oscillateurs \u00e0 cristaux.

\u00c0 l’inverse, les oscillateurs fonctionnent selon un m\u00e9canisme diff\u00e9rent de celui des cristaux, en utilisant un effet pi\u00e9zo\u00e9lectrique inverse. Le champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9 induit une d\u00e9formation m\u00e9canique de certains mat\u00e9riaux, permettant ainsi d’utiliser la r\u00e9sonance du cristal vibrant pour g\u00e9n\u00e9rer un signal \u00e9lectrique d’une fr\u00e9quence donn\u00e9e. La distinction fondamentale entre les deux composants de synchronisation est que les cristaux ne sont pas intrins\u00e8quement aussi polyvalents que les oscillateurs ; un cristal est un composant utilis\u00e9 dans la construction d’un oscillateur.<\/p>\n<\/div>\n

Quel doit \u00eatre le temps de d\u00e9marrage des oscillateurs ?<\/strong><\/strong>\n

Le temps de d\u00e9marrage correspond \u00e0 la dur\u00e9e n\u00e9cessaire pour qu’un oscillateur atteigne sa fr\u00e9quence de r\u00e9sonance lors de l’application initiale de la puissance. En r\u00e8gle g\u00e9n\u00e9rale, le temps de d\u00e9marrage des oscillateurs ne devrait pas exc\u00e9der quelques millisecondes (ms).

Le probl\u00e8me du temps de d\u00e9marrage est plus fr\u00e9quent avec les cristaux \u00e0 basse fr\u00e9quence qu’avec leurs homologues \u00e0 haute fr\u00e9quence. Les temps de d\u00e9marrage sont \u00e9galement largement influenc\u00e9s par le temps de mont\u00e9e de l’alimentation. Un temps de mont\u00e9e plus rapide se traduit par une p\u00e9riode de d\u00e9marrage plus courte, compar\u00e9 \u00e0 un cristal ayant un temps de mont\u00e9e plus lent. Le temps de d\u00e9marrage peut \u00e9galement entra\u00eener un gain de boucle insuffisant.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n

Vous souhaitez approfondir vos connaissances sur les cristaux de quartz et les oscillateurs ?<\/strong> \u00c9coutez le deuxi\u00e8me \u00e9pisode du podcast KnowHow ci-dessous, o\u00f9 nous avons une discussion avec Nick Amey, directeur de l’ing\u00e9nierie chez IQD. Vous pouvez \u00e9galement lire notre article<\/a>. <\/p>\n\n\n\n

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