{"id":62539,"date":"2023-11-13T09:43:18","date_gmt":"2023-11-13T09:43:18","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/okategoriserad\/en-guide-till-kristaller-och-oscillatorer-fran-iqd\/"},"modified":"2023-11-23T09:16:27","modified_gmt":"2023-11-23T09:16:27","slug":"en-guide-till-kristaller-och-oscillatorer-fran-iqd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/sv\/elektronik-sv\/en-guide-till-kristaller-och-oscillatorer-fran-iqd\/","title":{"rendered":"En guide till kristaller och oscillatorer fr\u00e5n IQD"},"content":{"rendered":"\n

Att m\u00e4ta och h\u00e5lla tiden \u00e4r en viktig funktion i de flesta elektroniska prylar, och tidskomponenter \u00e4r standard i huvuddelen av de elektroniska kretsarna. Tidm\u00e4tningsbranschen domineras idag fr\u00e4mst av kvartsbaserade enheter, eftersom de p\u00e5 effektivt s\u00e4tt kan generera stabila frekvenser. Detta s\u00e4kerst\u00e4ller exakt data\u00f6verf\u00f6ring till l\u00e5ga kostnader. Med framv\u00e4xten av teknik som 5G and Wi-Fi \u00f6kar behovet av att f\u00f6rb\u00e4ttra upplevelsen f\u00f6r slutanv\u00e4ndare. D\u00e4rf\u00f6r \u00e4r det avg\u00f6rande att v\u00e4ja r\u00e4tt l\u00f6sning f\u00f6r tidm\u00e4tning som perfekt kompletterar de toppmoderna applikationerna fr\u00e5n tillverkare av originalutrustning (OEM) och konstrukt\u00f6rerna samt uppfyller kraven p\u00e5 h\u00f6g prestanda.<\/p>\n\n\n\n

De tv\u00e5 frekvensenheter som vanligtvis anv\u00e4nds f\u00f6r tidm\u00e4tning \u00e4r kvartskristaller och oscillatorer. Kristaller \u00e4r passiva komponenter som endast fungerar om de \u00e4r anslutna till en extern oscillatorkrets, som vanligtvis finns n\u00e4rvarande i mikroprocessorer. En oscillator kr\u00e4ver \u00e5 andra sidan inga externa kretsar f\u00f6r att fungera, eftersom den best\u00e5r av en kristallresonator tillsammans med en integrerad oscillatorkrets som en enda enhet. Oscillatorer \u00e4r det fr\u00e4msta alternativet f\u00f6r frekvensstyrning eftersom de kr\u00e4ver mindre kunskap om utformning f\u00f6r att implementera som en helt\u00e4ckande l\u00f6sning. Kvartskristaller f\u00f6redras dock av erfarna konstrukt\u00f6rer som har kunskap om att v\u00e4lja den b\u00e4sta kristallen f\u00f6r att f\u00f6rb\u00e4ttra oscillatorns prestanda och d\u00e4rmed uppn\u00e5 optimerade resultat.   <\/p>\n\n\n\n

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

Trots detta omfattar att v\u00e4lja r\u00e4tt frekvensenhet f\u00f6r optimal funktionalitet mer \u00e4n bara anv\u00e4ndningstyp; det h\u00e4nger i h\u00f6g grad p\u00e5 egenskaperna hos kristaller och oscillatorer, vilket diskuteras nedan.<\/p>\n\n\n\n

Vad k\u00e4nnetecknar en bra tidm\u00e4tare?<\/h2>\n\n\n\n

Driftfrekvens: <\/strong>Varje till\u00e4mpning har ett motsvarande driftfrekvensomr\u00e5de eftersom det \u00e4r avg\u00f6rande f\u00f6r att s\u00e4kerst\u00e4lla att det inte finns n\u00e5gra \u00f6verlappande signaler. Frekvensen 32,768 kHz anv\u00e4nds till exempel f\u00f6r att ange m\u00e4tning av tid f\u00f6r digitala klockor, medan 26 MHz \u00e4r avg\u00f6rande f\u00f6r GPS-funktioner. Frekvensen 13 MHz anv\u00e4nds i GSM, och frekvensen 13,560 MHz anv\u00e4nds vanligtvis f\u00f6r identifiering av radiofrekvenser (RFID). Det \u00e4r avg\u00f6rande att v\u00e4lja en frekvensenhet som passar den specifika till\u00e4mpningen n\u00e4r du v\u00e4ljer kristaller och oscillatorer.<\/p>\n\n\n\n

Frekvensstabilitet:<\/strong> Varje kristall har en inneboende frekvens f\u00f6r sin resonans, beroende p\u00e5 kristallens inneboende piezoelektriska egenskaper. Frekvensstabilitet \u00e4r den normala avvikelsen fr\u00e5n den nominella frekvensen. Avvikelsen kan bero p\u00e5 olika externa faktorer, framf\u00f6r allt temperaturvariationer, men ocks\u00e5 p\u00e5 variationer i matningssp\u00e4nning, belastningskapacitetsv\u00e4rdet eller till och med \u00f6verhettning p\u00e5 grund av l\u00f6dning.<\/p>\n\n\n\n

Komponenter med sn\u00e4vare stabilitet \u00e4r finkalibrerade f\u00f6r att ge mer exakt m\u00e4tning av tid \u00e4n komponenter med st\u00f6rre stabilitetsomr\u00e5den. I IQD:s produktsortiment finn m\u00e5nga alternativ att v\u00e4lja mellan, inklusive temperaturkompenserade oscillatorer (TCXO) med en stabilitet p\u00e5 \u00e4nda ned till \u00b10,05 ppm, eller ugnsstyrda oscillatorer (OCXO) som IQOV-164 med stabilitet i skalan \u00b120 ppb.<\/p>\n\n\n\n

Temperaturgr\u00e4ns: <\/strong>Temperaturen \u00e4r den mest inflytelserika externa faktor som p\u00e5verkar prestanda f\u00f6r enheter f\u00f6r m\u00e4tning av tid. N\u00e4r temperaturen varierar p\u00e5verkas ocks\u00e5 frekvensen. Frekvensens r\u00f6relser anges med en term som heter frekvensstabilitet. Stabilitetsnoggrannheten f\u00f6r kvarts styrs av den vinkel som kvartsstycket sk\u00e4rs till med under tillverkningen. Sm\u00e5 f\u00f6r\u00e4ndringar i sk\u00e4rningsvinkeln styr prestandan f\u00f6r olika temperaturer.<\/p>\n\n\n\n

H\u00e4r nedan visas en tabell med n\u00e5gra vanliga till\u00e4mpningar tillsammans med deras motsvarande driftstemperaturomr\u00e5de. <\/p>\n\n\n\n

Anv\u00e4ndningsomr\u00e5den<\/strong><\/td>Driftstemperaturomr\u00e5de<\/strong><\/td><\/tr>
Handels- och fordonskvalitet 4<\/td>0 till 70 \u00baC<\/td><\/tr>
Ut\u00f6kad kommersiell<\/td>-20 till 70 \u00baC<\/td><\/tr>
Industriell, fordonskvalitet 3<\/td>-40 till 85 \u00baC<\/td><\/tr>
Ut\u00f6kad industriell, fordonskvalitet 2<\/td>-40 till 105 \u00baC<\/td><\/tr>
Fordonskvalitet 1<\/td>-40 till 125 \u00baC<\/td><\/tr>
Milit\u00e4r\/fordonskvalitet 0<\/td>-55 till 125\u00baC och \u00f6ver<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

De popul\u00e4ra IQXC-180 Auto, CFPX-180 och IQXC-42 som anv\u00e4nds i fordonstill\u00e4mpningar har alla ett stort driftstemperaturomr\u00e5de fr\u00e5n -40 till 125\u00baC och flera andra sn\u00e4vare temperaturomr\u00e5den. <\/p>\n\n\n\n

Fasbrus och jitter:<\/strong> fasbrus \u00e4r slumpm\u00e4ssiga variationer i signalens fas eller frekvens. Det kan st\u00f6ra noggrannhet, uppl\u00f6sning och ha negativ inverkan p\u00e5 signal- till brusf\u00f6rh\u00e5llandet (SNR). Jitter inf\u00f6r \u00e5 andra sidan inkonsekvens i signalens tidsomr\u00e5de som kan leda till \u00f6verf\u00f6ringsfel (BER). Beroende p\u00e5 det specifika till\u00e4mpningsomr\u00e5det b\u00f6r en konstrukt\u00f6r v\u00e4lja en enhet f\u00f6r m\u00e4tning av tid som har b\u00e5de l\u00e5gt fasbrus och jitter. Dessa faktorer \u00e4r viktiga i n\u00e5gra av de mest framtr\u00e4dande till\u00e4mpningsomr\u00e5dena, till exempel navigering, digital kommunikation, ljudbehandling och radarteknik.<\/p>\n\n\n\n

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

F\u00f6rpackningsdimensioner: <\/strong>komponenternas f\u00f6rpackningsstorlek har stor betydelse f\u00f6r kretskort (PCB). N\u00e4r konsumentprylarna blir mindre, blir det allt viktigare att v\u00e4lja interna komponenter av l\u00e4mplig storlek. \u00c4ven om kristaller \u00e4r mindre i storlek \u00e4n motsvarande oscillatorer, kr\u00e4ver de ytterligare kondensatorer och kretsar f\u00f6r att generera en puls f\u00f6r m\u00e4tning av tid. D\u00e4rf\u00f6r kan oscillatorer vara ett b\u00e4ttre alternativ vid utformning av kretsar n\u00e4r utrymmet \u00e4r begr\u00e4nsat, eftersom de minskar kretskortets avtryck genom att best\u00e5 av en enda enhet.<\/p>\n\n\n\n

IQD:s sortiment best\u00e5r av b\u00e5de kristaller och oscillatorer som \u00e4r hermetiskt f\u00f6rslutna, vilket g\u00f6r dem mer t\u00e5liga. De finns tillg\u00e4ngliga i SMD-paket s\u00e5 sm\u00e5 som 1,6 x 1,0 mm eller 1,6 x 1,2 mm f\u00f6rutom den industriella standardstorleken 2,0 x 1,6 mm.<\/p>\n\n\n

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

Utsignaltyp f\u00f6r oscillatorer: <\/strong>leverant\u00f6rer av chipset m\u00e5ste ange korrekt ing\u00e5ng f\u00f6r sina enheter f\u00f6r m\u00e4tning av tid. En oscillators utg\u00e5ng kan vara av enkelsidig eller differentiell typ. Enkelsidiga utg\u00e5ngar anv\u00e4nds specifikt f\u00f6r frekvenser under cirka 100 MHz, medan differentiella utg\u00e5ngar anv\u00e4nds f\u00f6r att minska det \u00f6vergripande systembruset vid h\u00f6ga frekvenser.<\/p>\n\n\n\n

En annan viktig faktor \u00e4r att matcha oscillatorns utsignal med korrekt belastning, annars kan det uppst\u00e5 problem med signalens amplitud, stigning och fall, arbetscykel och starttid. H\u00e4r nedan finns vanliga enkelsidiga utg\u00e5ngstyper f\u00f6r en oscillator:<\/p>\n\n\n\n

\u2022 CMOS (kompletterande halvledare av metalloxid)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 HCMOS (h\u00f6ghastighets-CMOS)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVCMOS (l\u00e5gsp\u00e4nnings-CMOS)<\/p>\n\n\n\n

Differentierade utg\u00e5ngar \u00e4r j\u00e4mf\u00f6relsevis mer komplexa att utforma, men ger \u00f6verl\u00e4gsna prestanda i till\u00e4mpningar med h\u00f6ga frekvenser, eftersom brus som \u00e4r gemensamt f\u00f6r differentialsignalerna elimineras. Olika signaltyper inkluderar:<\/p>\n\n\n\n

\u2022 PECL (positiv s\u00e4ndarkopplad logik)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVPECL (l\u00e5gsp\u00e4nnings-PECL)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 CML (str\u00f6ml\u00e4geslogik)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 LVDS (differentiell l\u00e5gsp\u00e4nningssignalering)<\/p>\n\n\n\n

\u2022 HCSL (h\u00f6ghastighets str\u00f6mstyrningslogik)<\/p>\n\n\n\n

Anv\u00e4ndning med l\u00e5g str\u00f6m f\u00f6r oscillatorer:<\/strong> m\u00e5nga oscillatorer har ett inbyggt stift f\u00f6r aktivering\/inaktivering som grundl\u00e4ggande komponent f\u00f6r deras funktioner. N\u00e4r enheten \u00e4r inaktiverad upph\u00f6r den interna oscillatorns drift och \u00f6verg\u00e5r till ett standbyl\u00e4ge som f\u00f6rbrukar mindre str\u00f6m. Detta \u00e4r s\u00e4rskilt praktiskt eftersom m\u00e5nga elektroniktillverkare prioriterar str\u00f6mbesparing, s\u00e4rskilt i mindre batteridrivna enheter. D\u00e4rmed \u00e4r oscillatorer optimerade f\u00f6r l\u00e5gsp\u00e4nning de b\u00e4sta komponenterna n\u00e4r fokus ligger p\u00e5 l\u00e5g str\u00f6mf\u00f6rbrukning. <\/p>\n\n\n\n

Kostnadsfaktorer: <\/strong>ett enda kristallpaket \u00e4r mer kostnadseffektivt <\/strong>\u00e4n en oscillator. Om vi tar h\u00e4nsyn till tekniska kostnader tillsammans med reservdelskostnader, kan oscillatorer vara ett ekonomiskt alternativ vid utformning av kretsar. I vissa situationer kan beslutet att anv\u00e4nda kristaller bli dyrare, s\u00e4rskilt om du outsourcar tj\u00e4nster och tester. Det \u00e4r viktigt att inte f\u00f6rbise de extra kostnader som uppst\u00e5r genom extrakomponenter som lastkondensatorer och motst\u00e5nd, samt genom processer som PCB-omspinning f\u00f6r f\u00f6rb\u00e4ttrad signalprestanda.<\/p>\n\n\n\n

Dessutom passar kvartskristaller b\u00e4ttre f\u00f6r situationer d\u00e4r tillverkarna vill skapa sina egna elektroniska oscillatorer, vilket ger dem flexibilitet att optimera alla relevanta parametrar i enlighet med de specifika projekten. P\u00e5 motsvarande s\u00e4tt har oscillatorer f\u00f6rdelen n\u00e4r det g\u00e4ller att minska materialkostnaderna och kretskortets storlek. D\u00e4rmed kan beslut som p\u00e5verkas av kostnader baseras p\u00e5 till\u00e4mpningarnas kvalitet och produktionens skala.<\/p>\n\n\n\n

\n
Handla IQD-produkter<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Fr\u00e5gor och svar<\/h2>\n\n\n
\n
Vilka skillnader finns i anv\u00e4ndningsprinciperna f\u00f6r XTAL och XO?<\/strong><\/strong>\n

Resonansfunktionen hos en kvartskristall kan anpassas genom att sk\u00e4ra den i l\u00e4mplig riktning i f\u00f6rh\u00e5llande till kvartsstyckets kristallografiska axel. Denna axel bidrar till att definiera koordinaterna f\u00f6r kristallgittret. Detta \u00e4r traditionellt utformat som en blindkristall, som sedan placeras mellan de tv\u00e5 elektroderna s\u00e5 att v\u00e4xelstr\u00f6m kan passera genom den. P\u00e5 grund av kristallens piezoelektriska egenskaper, leder den applicerade sp\u00e4nningen till en mekanisk f\u00f6r\u00e4ndring av kristallen som f\u00e5r den att vibrera.

N\u00e4r frekvensen f\u00f6r den tillf\u00f6rda sp\u00e4nningen \u00e4r anpassad till kristallens mekaniska resonans \u00f6kar resonansens amplitud. Detta leder ocks\u00e5 till en \u00f6kning i den medf\u00f6ljande str\u00f6mmen, vilket minskar storleken p\u00e5 enhetens effektiva impedans. Samtidigt \u00f6kar f\u00f6rskjutningsstr\u00f6mmen, vilket ytterligare bidrar till en minskning av den effektiva impedansen. Den pl\u00f6tsliga \u00e4ndringen av impedansen n\u00e4r sp\u00e4nningen och resonansfrekvensen varierar, \u00e4r den avg\u00f6rande faktorn i till\u00e4mpningen av kvartskristallerna som element f\u00f6r frekvensstyrning i kristalloscillatorer.

Oscillatorer anv\u00e4nder en annan mekanism \u00e4n kristallerna, och utnyttjar en inverterad piezoelektrisk effekt. Det till\u00e4mpade elektriska f\u00e4ltet introducerar deformering av vissa material, vilket i sin tur utnyttjar den vibrerande kristallens resonans f\u00f6r att generera en elektrisk signal f\u00f6r en viss frekvens. Den fundamentala skillnaden mellan de tv\u00e5 komponenterna \u00e4r att kristallerna inte har lika m\u00e5nga funktioner som oscillatorerna; en kristall \u00e4r en komponent som anv\u00e4nds f\u00f6r att konstruera en oscillator.<\/p>\n<\/div>\n

Vilken starttid ska oscillatorer ha?<\/strong><\/strong>\n

Starttiden anger den tid som kr\u00e4vs f\u00f6r att en oscillator ska uppn\u00e5 sin resonansfrekvens n\u00e4r str\u00f6mmen tillf\u00f6rs. Starttiden f\u00f6r oscillatorer ska vanligtvis endast vara ett par millisekunder (ms).

Starttiden \u00e4r ett vanligare problem n\u00e4r det g\u00e4ller kristaller med l\u00e5g frekvens \u00e4n deras motsvarigheter med h\u00f6g frekvens. Starttiderna p\u00e5verkas fr\u00e4mst av str\u00f6mf\u00f6rs\u00f6rjningens stigtid. En snabbare stigtid ger snabbare startperioder j\u00e4mf\u00f6rt med en kristall med l\u00e5ngsammare stigtid. Starttiden kan ocks\u00e5 resultera i en otillg\u00e4nglig slingf\u00f6rst\u00e4rkning.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n

Vill du veta mer om kristaller och oscillatorer?<\/strong> Lyssna p\u00e5 den andra episoden av v\u00e5r KnowHow-podcast nedan, d\u00e4r vi samtalar med IQD:s tekniska chef Nick Amey. Du kan ocks\u00e5 l\u00e4sa v\u00e5r artikel<\/a>. <\/p>\n\n\n\n

\n