Os produtos de cronometragem são quase onipresentes e uma parte importante da sociedade moderna.um circuito integrado (IC) que controla o dispositivoOs módulos de relógio embalados normalmente contêm ICs de cristal e controle. Os circuitos de oscilador eletrônico variam em frequência de kilohertz (kHz) a megahertz (MHz).
Os cristais de KHz podem ser vendidos separadamente ou integrados em outros produtos, como osciladores de cristal (CXO), osciladores de cristal compensados por temperatura digital (DTCXO) e relógio em tempo real (RTC).
Fatores que determinam a selecção dos cristais de kHz
Ao selecionar cristais de kHz para uma aplicação, o tamanho e a frequência necessária são as considerações mais importantes, mas alguns outros parâmetros também são importantes para projetar circuitos adequados.
Estes incluem:
Tolerância à frequência, estabilidade e envelhecimento
Capacidade de carga (CL)
Resistência de série equivalente (ESR)
Nível de tração (DL)
temperatura de funcionamento
Os cristais de KHz normalmente têm requisitos ASIC, que listam os valores dos parâmetros necessários. 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 crystalsNo entanto, o processo de fabrico de fotolitografia garante que a miniaturização dos circuitos de oscilador de cristal não afete os parâmetros necessários para o seu funcionamento eficiente.
Tolerância à frequência, estabilidade e envelhecimento
Embora um cristal especifique uma frequência específica, podem ocorrer desvios de frequência devido a tensões no processo de fabricação ou tensões na superfície durante a operação de rotina.O desvio de frequência pode ser resumido pela avaliação de três parâmetrosTolerância à frequência, estabilidade de frequência e envelhecimento.
A tolerância de frequência é definida como a diferença entre as frequências reais e nominais do cristal a + 25 °C.Estabilidade de frequência refere-se à mudança máxima de frequência causada pela temperatura dentro da faixa de temperatura definidaA fim de melhorar a precisão do cristal, recomenda-se o uso de kHz XO, que permite a mudança de frequência com a temperatura (Fig. 1) e é calibrado em conformidade.O envelhecimento é uma variação na frequência ao longo do tempoOs selos reduzem os efeitos do envelhecimento, mas podem aumentar o tamanho.
Frequência do oscilador em relação ao gráfico de temperatura
Figura 1: A frequência do oscilador varia com a temperatura e precisa ser considerada no processo de dimensionamento, particularmente para ambientes extremos.
Capacidade de carga (CL)
A capacitância entre dois terminais de um cristal é a sua capacitância de carga.
O desajuste entre CL e capacitância do circuito é particularmente preocupante quando se usam cristais menores, porque os cristais menores são mais sensíveis às variações de capacitância.Os cristais com baixos valores de CL também são particularmente sensíveis à frequênciaPara projetar circuitos pequenos em espaços confinados, os designers frequentemente selecionam cristais com valores CL mais elevados.
Nível de tração (DL)
DL é a quantidade de corrente necessária para manter a oscilação constante, minimizando os danos estruturais.Recomenda-se a seleção de cristais com um valor DL igual ou superior ao nível de accionamento do circuito dado para evitar instabilidade de frequência ou falha prematura..
temperatura de funcionamento
A influência da temperatura sobre a frequência excede o intervalo especificado pelo índice de estabilidade de frequência.mas também a localização dos cristais no circuitoAlém disso, quanto menor o circuito e o cristal, mais apertado é o pacote de componentes e mais calor é gerado por todo o sistema.é melhor usar cristais que são melhor calibrados em uma determinada faixa de temperaturaOs módulos DTCXO e RTC apresentam um bom desempenho em projetos compactos e também podem ser vantajosos em aplicações que exigem alta estabilidade ou baixo consumo de energia.
Cristais de KHz e módulos associados
A Epson produz um grande número de cristais kHz, bem como módulos DTCXO e RTC. Alguns desses produtos e suas especificações são brevemente apresentados abaixo.
A série FC3215AN é um cristal de 32,768 kHz com um ESR tão baixo quanto 35 k Ω e um pacote compacto, tornando-o ideal para eletrônicos portáteis e aplicações de espaço limitado.A série FC3215AN é aplicável a várias aplicações, tais como módulos sem fios, Internet das Coisas, equipamentos médicos, industriais, de monitorização de segurança, medidores inteligentes, eletrónica de consumo e aplicações MCU de baixa potência.A gama suporta um intervalo alargado de temperatura de funcionamento de - 40 ° C a + 105 ° C com 3.2 mm x 1,5 mm x 0,9 mm de encapsulamento e atribuições padrão de pinos.
Os cristais da série FC2012AN de 32,768 kHz são semelhantes às especificações da série FC3215AN, mas usam pacotes menores de 2,05 mm x 1,2 mm x 0,6 mm e atribuições de pinos padrão.A série de cristais FC2012SN (Figura 2) é adequada para uma variedade de aplicações., tais como dispositivos portáteis MCU, e módulos sem fio nos campos da Internet das Coisas, tratamento médico, indústria, segurança, medidores inteligentes, etc.