{"id":63099,"date":"2023-11-22T11:05:35","date_gmt":"2023-11-22T11:05:35","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/uncategorized-no\/en-guide-til-krystaller-og-oscillatorer-av-iqd\/"},"modified":"2023-11-23T09:12:24","modified_gmt":"2023-11-23T09:12:24","slug":"en-guide-til-krystaller-og-oscillatorer-av-iqd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/no\/elektronikk\/en-guide-til-krystaller-og-oscillatorer-av-iqd\/","title":{"rendered":"En guide til krystaller og oscillatorer av IQD"},"content":{"rendered":"\n

Tidsm\u00e5ling er en viktig funksjon i det meste av elektronisk utstyr og tidtakingskomponenter er grunnleggende i de fleste elektroniske kretser. Denne sektoren domineres i dag av kvartsbaserte enheter. De kan effetkvitet generere stabile frekvenser, noe som sikrer presis dataoverf\u00f8ring til en lav kostnad. Med fremveksten av teknologier som 5G og WiFi har behovet for en bedre brukeropplevelse bare \u00f8kt. Derfor er det viktig \u00e5 finne en tidtakerl\u00f8sning som passer til OEM-produsentenes (Original Equipment Manufacturers) og applikasjonenes h\u00f8ye ytelseskrav.<\/p>\n\n\n\n

De to vanligste frekvensenhetene som brukes i tidsstyringsapplikasjoner er kvartskrystaller og oscillatorer. Krystaller er passive komponenter og kan bare fungere n\u00e5r de er koblet til en ekstern oscillatorkrets, noe som vanligvis finnes i de fleste mikroprosessorer. En oscillator krever derimot ingen eksterne kretser for \u00e5 fungere, da den best\u00e5r av en resonanskrystall og en oscillator-IC i \u00e9n og samme enhet. Oscillatorer er godt egnet for frekvensstyring fordi de krever mindre kunnskap om design for \u00e5 kunne implementeres som en alt-i-ett-l\u00f8sning. Erfarne designere foretrekker likevel kvartskrystaller da de kan velge den beste krystallen for optimalisert ytelse.   <\/p>\n\n\n\n

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

Valg av riktig frekvensenhet handler imidlertid om mer enn bare driftstype; det avhenger i stor grad av egenskapene til krystaller og oscillatorer, noe vi kommer til g\u00e5 n\u00e6rmere gjennom nedenfor.<\/p>\n\n\n\n

Hva kjennetegner en god tidsm\u00e5ler?<\/h2>\n\n\n\n

Driftsfrekvens: <\/strong>Hver applikasjon har et tilsvarende driftsfrekvensomr\u00e5de, da det er avgj\u00f8rende \u00e5 sikre at signalene ikke overlapper hverandre. For eksempel brukes frekvensen 32 768 kHz for digitale klokker, mens 26 MHz er avgj\u00f8rende for GPS-funksjoner. 13 MHz brukes i GSM, og 13 560 MHz brukes ofte for \u00e5 identifisere radiofrekvensen (RFID). N\u00e5r man skal velge krystaller og oscillatorer, er det avgj\u00f8rende \u00e5 velge en frekvensenhet som er tilpasset den spesifikke applikasjonen.<\/p>\n\n\n\n

Frekvensstabilitet: <\/strong>Alle krystaller har en egen resonansfrekvens, noe som skyldes krystallens medf\u00f8dte piezoelektriske egenskaper. Frekvensstabilitet er det normale avviket fra den nominelle frekvensen. Dette avviket kan skyldes ulike eksterne faktorer, f\u00f8rst og fremst temperaturvariasjoner, men ogs\u00e5 svingninger i forsyningsspenning, belastningskapasitans eller til og med overskuddsvarme p\u00e5 grunn av lodding.<\/p>\n\n\n\n

Strammere stabilitetskomponenter finjusteres for \u00e5 gi mer n\u00f8yaktig timing enn komponenter med st\u00f8rre stabilitetsomr\u00e5der. I IQDs produktutvalg er det mange alternativer \u00e5 velge mellom, inkludert temperaturkompenserte oscillatorer (TCXO) med stabilitet helt ned til \u00b10,05 ppm, eller ovnskontrollerte oscillatorer (OCXO) som IQOV-164 med stabiliteter p\u00e5 \u00b120 ppm.<\/p>\n\n\n\n

Temperaturterskel: <\/strong>Temperatur er den eksterne faktoren som har st\u00f8rst innvirkning p\u00e5 ytelsen til tidsstyringsenheter. N\u00e5r temperaturen varierer, endres ogs\u00e5 frekvensen. Frekvensens bevegelse er gitt av et begrep som kalles frekvensstabilitet. Stabilitetsn\u00f8yaktigheten til kvarts er avhengig av vinkelen som kvartsstaven skj\u00e6res i under produksjonen. Sm\u00e5 endringer i skj\u00e6revinkelen bestemmer ytelsen som oppn\u00e5s i forhold til temperaturen.<\/p>\n\n\n\n

Nedenfor er en tabell over noen av de vanligste bruksomr\u00e5dene med tilh\u00f8rende driftstemperaturomr\u00e5de. <\/p>\n\n\n\n

Bruksomr\u00e5der<\/strong><\/td>Driftstemperaturomr\u00e5de<\/strong><\/td><\/tr>
Kommersiell bruk i bilbransjen, grad 4<\/td>0 til 70\u00baC<\/td><\/tr>
Utvidet kommersiell bruk<\/td>-20 til 70\u00baC<\/td><\/tr>
Industriell bruk i bilbransjen, grad 3<\/td>-40 til 85\u00baC<\/td><\/tr>
Utvidet industriell bruk i bilbransjen, grad 2<\/td>-40 til 105\u00baC<\/td><\/tr>
Til bruk i bilbransjen, grad 1<\/td>-40 til 125\u00baC<\/td><\/tr>
Milit\u00e6r bruk\/bruk i bilbransjen, grad 0<\/td>-55 til 125\u00baC og over<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

De popul\u00e6re IQXC-180 Auto, CFPX-180 og IQXC-42 som brukes i bilindustrien, har alle et bredt temperaturomr\u00e5de fra -40 til 125 \u00b0C og flere andre snevrere temperaturomr\u00e5der. <\/p>\n\n\n\n

Fasest\u00f8y og jitter: <\/strong>Med fasest\u00f8y menes tilfeldige svingninger i fasen eller frekvensen til et signal. Det kan forstyrre n\u00f8yaktigheten og oppl\u00f8sningen, og p\u00e5virke signal\/st\u00f8y-forholdet (SNR) negativt. Jitter, derimot, introduserer inkonsekvenser i signalets tidsdomene og kan f\u00f8re til bitfeilrate (BER). Avhengig av den spesifikke applikasjonen b\u00f8r designeren velge en tidsenhet som har b\u00e5de lav fasest\u00f8y og jitter. Disse faktorene er viktige i noen av de mest fremtredende bruksomr\u00e5dene, som navigasjon, digital kommunikasjon, lydbehandling og radarteknologi.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Pakkedimensjon: <\/strong>Pakningsst\u00f8rrelsen p\u00e5 komponentene har stor betydning for utformingen av kretskort (PCB). Etter hvert som forbrukerapparatene blir mindre, blir det viktig \u00e5 velge interne komponenter av passende st\u00f8rrelse. Selv om krystaller er mindre enn tilsvarende oscillatorer, krever de ekstra kondensatorer og kretser for \u00e5 generere en tidspuls. Derfor kan oscillatorer v\u00e6re det foretrukne alternativet n\u00e5r det er begrenset med plass i kretsdesignet – fordi det er en alt-i-ett-pakke reduserer de PCB-plassen.<\/p>\n\n\n\n

IQDs katalog best\u00e5r av b\u00e5de krystaller og oscillatorer som er hermetisk forseglet, noe som gj\u00f8r dem mer robuste, og som er tilgjengelige i SMD-pakker som er s\u00e5 sm\u00e5 som 1,6 x 1,0 mm, 1,6 x 1,2 mm i tillegg til den industrielle standardst\u00f8rrelsen 2,0 x 1,6 mm.<\/p>\n\n\n

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

Type utgangssignal for oscillatorer: <\/strong>Brikkesettleverand\u00f8rene m\u00e5 spesifisere riktig inngangssignal for sin enhet. Oscillatorens utgang kan v\u00e6re av \u00e9n ende- eller differensialtypen. Enkle utganger brukes spesielt for frekvenser under ca. 100 MHz, mens differensialutganger brukes for h\u00f8ye frekvenser for \u00e5 redusere den totale systemst\u00f8yen.<\/p>\n\n\n\n

Det b\u00f8r ogs\u00e5 legges vekt p\u00e5 \u00e5 tilpasse oscillatorens utgangssignal til riktig belastning, ellers kan det oppst\u00e5 problemer med signalamplitude, stignings- og falltider, driftssyklus og oppstartstid. Nedenfor vises vanlige enkle utgangstyper for en oscillator:<\/p>\n\n\n\n

\u2022 CMOS (complementary metal oxide semiconductor)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 HCMOS (high-speed CMOS)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVCMOS (low-voltage CMOS)<\/p>\n\n\n\n

Differensialutganger er mer kompliserte \u00e5 konstruere, men gir overlegen ytelse i h\u00f8yfrekvente applikasjoner, ettersom all st\u00f8y som er felles for det differensielle signalet, oppheves. Differensielle signaltyper inkluderer:<\/p>\n\n\n\n

\u2022 PECL (positive emitter-coupled logic)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVPECL (low-voltage PECL)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 CML (current-mode logic)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVDS (low-voltage differential signalling)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 HCSL (high-speed current-steering logic)<\/p>\n\n\n\n

Oscillatorer med lavt str\u00f8mforbruk: <\/strong>Mange oscillatorer har en innebygd aktiverings-\/deaktiveringspinne som en grunnleggende del av funksjonaliteten. N\u00e5r enheten deaktiveres, slutter den interne oscillatoren \u00e5 fungere og g\u00e5r over i standby-modus som bruker mindre str\u00f8m. Dette er spesielt gunstig ettersom mange elektronikkprodusenter prioriterer energieffektivitet, spesielt i sm\u00e5 batteridrevne enheter. Oscillatorer som er optimalisert for lavspenningsforsyning, er derfor de beste komponentene n\u00e5r fokuset er p\u00e5 lavt str\u00f8mforbruk. <\/p>\n\n\n\n

Kostnadshensyn: <\/strong>En enkeltkrystallpakke vil v\u00e6re mer kostnadseffektiv <\/strong> enn en oscillator. N\u00e5r man tar hensyn til utviklings- og komponentkostnader, kan oscillatorer imidlertid vise seg \u00e5 v\u00e6re et \u00f8konomisk alternativ i kretsdesign. I visse tilfeller kan beslutningen om \u00e5 bruke krystaller vise seg \u00e5 bli enda mer kostbar, spesielt hvis tjenester og testing er utkontraktert. Det er viktig \u00e5 ikke overse de ekstra utgiftene til tilleggskomponenter som lastkondensatorer og motstander, samt prosesser som kretskortrespinning for bedre signalytelse.<\/p>\n\n\n\n

Dessuten er kvartskrystaller bedre egnet i situasjoner der produsenter \u00f8nsker \u00e5 lage sine egne elektroniske oscillatorer, noe som gir dem fleksibilitet til \u00e5 optimalisere alle relevante parametere i henhold til deres spesifikke prosjekter. I motsetning har oscillatorer den fordelen at de reduserer materiallisten (BOM) og PCB-plassen. Beslutninger som p\u00e5virkes av kostnader, kan derfor v\u00e6re begrunnet i kvaliteten p\u00e5 applikasjonene og produksjonsomfanget.<\/p>\n\n\n\n

\n
Kj\u00f8p produkter fra IQD<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

FAQs<\/h2>\n\n\n
\n
Hva er forskjellen p\u00e5 XTALs og XOs’ virkem\u00e5te?<\/strong><\/strong>\n

Resonansfunksjonen til en kvartskrystall oppn\u00e5s ved \u00e5 skj\u00e6re den i en passende retning i forhold til kvartsstavenes krystallografiske akse. Denne aksen bidrar til \u00e5 definere koordinatene til krystallgitteret. Dette betegnes tradisjonelt som en krystallblank, som deretter plasseres mellom to elektroder for \u00e5 sende en vekselspenning gjennom den. P\u00e5 grunn av krystallens piezoelektriske egenskaper f\u00f8rer den p\u00e5f\u00f8rte spenningen til en mekanisk forskyvning i krystallen, noe som f\u00e5r den til \u00e5 vibrere.

N\u00e5r frekvensen til den p\u00e5f\u00f8rte spenningen er p\u00e5 linje med krystallens mekaniske resonans, blir vibrasjonsamplituden stor. Dette f\u00f8rer ogs\u00e5 til en \u00f8kning i medf\u00f8lgende str\u00f8m, noe som f\u00f8rer til en reduksjon i st\u00f8rrelsen p\u00e5 enhetens effektive impedans. Samtidig \u00f8ker ogs\u00e5 forskyvningsstr\u00f8mmen, noe som ytterligere bidrar til \u00e5 redusere st\u00f8rrelsen p\u00e5 den effektive impedansen. Den plutselige endringen i impedans n\u00e5r spenningen og resonansfrekvensen varierer, er den viktigste faktoren ved bruk av kvartskrystaller som frekvensstyringselement i krystalloscillatorer.

I motsetning fungerer oscillatorer med en annen mekanisme enn krystaller, ved hjelp av en omvendt piezoelektrisk effekt. Det p\u00e5trykte elektriske feltet vil indusere mekanisk deformasjon i noen materialer, og dermed utnyttes den vibrerende krystallens resonans til \u00e5 generere et elektrisk signal med en bestemt frekvens. Det grunnleggende skillet mellom de to tidskomponentene er at krystaller i seg selv ikke har like mange funksjoner som oscillatorer; en krystall er en komponent som brukes i konstruksjonen av en oscillator.<\/p>\n<\/div>\n

Hvor lang b\u00f8r oppstartstiden for oscillatorer v\u00e6re?<\/strong><\/strong>\n

Oppstartstiden angir hvor lang tid det tar for en oscillator \u00e5 oppn\u00e5 sin resonansfrekvens ved f\u00f8rste tilf\u00f8rsel av str\u00f8m. Vanligvis b\u00f8r oppstartstiden for oscillatorer v\u00e6re s\u00e5 lav som noen f\u00e5 millisekunder (ms).

Oppstartstid er et vanligere problem for lavfrekvente krystaller enn for h\u00f8yfrekvente krystaller. Oppstartstiden p\u00e5virkes ogs\u00e5 i stor grad av str\u00f8mforsyningens stigetid. En raskere stigetid gir en raskere oppstartsperiode sammenlignet med en krystall med langsommere stigetid. Oppstartstiden kan ogs\u00e5 f\u00f8re til utilstrekkelig sl\u00f8yfeforsterkning.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n

Vil du vite mer om krystaller og oscillatorer?<\/strong> H\u00f8r den andre episoden av KnowHow-podkasten v\u00e5r nedenfor, der vi tar en prat med IQDs tekniske direkt\u00f8r, Nick Amey. Du kan ogs\u00e5 lese artikkelen v\u00e5r<\/a>. <\/p>\n\n\n\n

\n