Генератор на кварцевом резонаторе: Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему / Хабр

Содержание

Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему / Хабр

Кварцевый генератор – важный электронный компонент, обеспечивающий очень точную генерацию тактовой частоты за небольшие деньги. Из-за пьезоэлектрического эффекта его электрические свойства меняются в процессе вибрации. Поскольку можно сделать кристалл, который будет вибрировать с определённой частотой, кварцевые генераторы очень полезны для множества применений. Появились они в 1920-х, и сначала обеспечивали точную генерацию волн для радиостанций. В 1970-м году произошла революция наручных часов, когда в них стали использовать кварцевые генераторы высокой точности. Компьютеры, от ENIAC 1940-х годов и до сей поры используют кварцевые генераторы для генерации тактовой частоты.

В современных ПК всё ещё используются кварцевые генераторы, но для получения многогигагерцовых тактовых частот применяются более сложные технологии. ПК использует кристалл с частотой гораздо меньшей, чем рабочая, и умножает её при помощи фазовой автоподстройки частоты.

Компьютеры часто используют кристалл на 14 318, поскольку эту частоту использовали в старых телевизорах, и такие кристаллы были недорогими и широко распространёнными.

Для того, чтобы кристалл вибрировал, его схеме требуются дополнительные компоненты. В 1970-х набрали популярность модульные кварцевые генераторы – в этих компактных и лёгких в использовании микросборках комбинировались сам кристалл, ИС и дискретные компоненты. Мне стало интересно, как работает один из таких модулей, поэтому я вскрыл один из них и провёл реверс-инжиниринг его чипа. В данном посте я расскажу, как он работает, и опишу крохотную КМОП-схему, им управляющую. Оказалось, что внутри модуля происходит больше интересного, чем можно было ожидать.

Модуль генератора

Я изучал модуль от карточки для IBM PC. Модуль находится в прямоугольном металлическом корпусе с 4-мя контактами, защищающем электронику от электрического шума (это Rasco Plus в прямоугольном корпусе справа на фото, а не квадратная ИС от IBM). Модуль генерирует сигнал в 4,7174 МГц, что следует из надписи на его корпусе.

Почему же карточка использует кристалл с такой необычной частотой — 4,7174 МГц? В 1970-х IBM 3270 был очень популярным терминалом с ЭЛТ. Терминалы соединялись коаксиальным кабелем и использовали протокол Interface Display System Standard, работавший с тактовой частотой в 2,3587 МГц. В конце 1980-х IBM производила интерфейсные карточки для подсоединения IBM PC к сети 3270. Мой кристалл как раз с одной из таких карточек (тип 56X4927), и частота кристалла равняется 4,7174 МГц – ровно в два раза больше, чем 2,3587 МГц.


Модуль кварцевого генератора находится справа внизу. Надпись на корпусе: Rasco Plus. 4.7174 MHZ, Motorola 1987. Квадратный модуль слева – это ИС от IBM.

Я вскрыл корпус модуля, чтобы посмотреть на его гибридную схему. Я ожидал увидеть там кварцевый кристалл, напоминающий драгоценный камень в шкатулке, однако обнаружил, что кварцевые генераторы используют очень тонкий кварцевый диск.

Я повредил его при вскрытии, поэтому у него не хватает кусочка справа вверху. Он виден в левой части фото – с двух сторон к нему подходят металлические электроды. Те, в свою очередь, соединяются с небольшими штырьками, на которых кристалл поднят над поверхностью корпуса, чтобы он мог свободно вибрировать.


Внутри корпуса кварцевого генератора – компоненты, закреплённые на керамической подложке. Они подсоединяются к схеме крохотной золотой проволочной разваркой. Конденсатор на 3 нФ и плёночный резистор на 10 Ом, расположенные на подложке методом поверхностного монтажа, отфильтровывают шум, поступающий от контакта питания.

Схема работы ИС

На фото ниже показан крохотный кристалл ИС под микроскопом. Размечены контактные площадки и основные функциональные блоки. Зелёно-коричневые участки – это кремний, формирующий ИС. Жёлтоватый металлический слой соединяет компоненты с ИС. Под металлом находится красноватый слой поликремния, где формируются транзисторы – но он практически полностью закрыт металлическим слоем.

По краям чипа расположена проволочная разварка, подсоединённая к контактным площадкам, соединяющим чип с остальными частями модуля. Две площадки (select и disable) не подсоединены. Чип произведён компанией Motorola в 1986. По артикулу SC380003 информации я не нашёл.


Кристалл ИС с разметкой основных блоков. «FF» обозначает триггеры. «sel» – контактные площадки [select pads]. «cap» – площадки, подсоединённые к внутренним конденсаторам

.

У ИС есть две задачи. Во-первых, её аналоговые компоненты заставляют кристалл колебаться. Во-вторых, её цифровые компоненты делят частоту на 1, 2, 4 или 8, и выдают сигнал тактовой частоты с большим током (делитель задаётся двумя контактами выбора на ИС).

Кварцевый генератор реализован по приведённой ниже схеме, которая называется «генератор Колпитца». Она сложнее обычной схемы кварцевого генератора. Суть в том, что кристалл и два конденсатора колеблются с заданной частотой. Однако колебания быстро затухли бы, если бы не поддерживающая обратная связь с поддерживающего транзистора.

Типичный кварцевый генератор строится по простой схеме под названием «генератор Пирса», в которой из кристалла и инвертера формируется цепь обратной связи. Два заземлённых конденсатора в середине делают её очень похожей на классический генератор Колпитца.

Не уверен, по какой причине разобранный мною кварцевый генератор использует более сложную схему, которая требует хитрого смещения напряжения.

В 1918 году Эдвин Колпитц, главный исследователь в компании Western Electric, изобрёл кварцевый генератор на катушке индуктивности и конденсаторе. Сегодня эта схема известна, как генератор Колпитца. Идея в том, что катушка индуктивности с конденсатором формируют «резонансный резервуар», колеблющийся с частотой, зависящей от характеристик компонентов. Можно представлять, что электричество в этом резервуаре как бы плещется туда и сюда между катушкой индуктивности и конденсаторами. Сами по себе колебания быстро затухли бы, поэтому для их подпитки используется усилитель. В оригинальном генераторе Колпитца усилителем была электронная лампа.

Позднее схемы перешли на транзисторы, но этот усилитель может быть операционным или другого типа. В других схемах конец заземляется, чтобы в середине шла обратная связь. Тогда конденсаторы ничего не инвертируют, поэтому используется не инвертирующий усилитель.


Упрощённая схема генератора Колпитца с базовыми компонентами.

Ключевая особенность генератора Колпитца заключается в двух конденсаторах, формирующих делитель напряжения. Поскольку они в середине заземлены, на двух концах у них будет напряжение противоположных значений: когда одно повышается, второе понижается. Усилитель берёт сигнал с одного конца, усиливает его, и подаёт на другой. Усилитель инвертирует сигнал, а конденсаторы дают второе инвертирование, так, что обратная связь усиливает оригинальный сигнал (обеспечивая фазовый сдвиг на 360°).

В 1923 году Джордж Вашингтон Пирс, профессор физики в Гарварде, заменил катушку индуктивности в генераторе Колпитца на кристалл. Благодаря этому генератор стал более точным, и его стали широко использовать в радиопередатчиках и других устройствах.

Пирс запатентовал своё изобретение и заработал приличные деньги на таких компаниях, как RCA и AT&T. Наличие патентов привело к многолетним судебным тяжбам, дошедшим в итоге до Верховного суда.

Несколько десятилетий генератор Пирса было принято называть генератором Колпитца с кристаллом. В генераторе Пирса часто отсутствовали характерные конденсаторы, вместо которых использовалось паразитная ёмкость электронной лампы. Терминология постепенно менялась, и два разных типа кварцевых генератора начали называть генератором Колпитца (с конденсаторами) и генератором Пирса (без них).

Ещё одно изменение терминологии произошло в связи с тем, что генератор Колпитца, генератор Пирса и генератор Клаппа были топологически идентичными кварцевыми генераторами, отличавшимися только в том, какая часть схемы считалась землёй (коллектор, эмиттер или база соответственно). Все эти генераторы можно называть генераторами Колпитца, только с общим коллектором, общим эмиттером или общей базой.

Этот экскурс в историю я сделал с тем, чтобы показать, что в различных источниках эти генераторы называют по-разному, генераторами Колпитца или Пирса, причём противоречивым образом.

Тот генератор, что изучал я, можно назвать генератором Колпитца с общим стоком (по аналогии с общим коллектором). Также его можно назвать генератором Колпитца на основании расположения заземления. Но исторически его можно назвать генератором Пирса, поскольку он использует кристалл. Также он называется кварцевым генератором с одним контактом, поскольку только один контакт кристалла подсоединён к внешней схеме (другой заземлён).


Упрощённая схема генератора

Увеличение напряжения на кристалле включает транзистор, ток идёт в конденсаторы, увеличивая напряжение на них (и на кристалле). Уменьшение напряжения на кристалле выключает транзистор, сток тока (кружок со стрелкой) вытягивает ток из конденсаторов, уменьшая напряжение на кристалле. Таким образом, обратная связь с транзистора усиливает колебания кристалла, поддерживая их.

Цепи напряжения смещения и тока являются важной частью этой схемы. Напряжение смещения устанавливает вентиль транзистора где-то посередине между включённым и выключенным состоянием, поэтому колебания напряжения на кристалле включают его и выключают. Ток смещения находится посередине между значениями токов включённого и выключенного транзистора, поэтому ток, приходящий и уходящий из конденсаторов, сбалансирован (я упрощаю, говоря о включённых и выключенных состояниях – в реальности сигнал будет иметь синусоидальную форму).

Цепи напряжения смещения и тока – это умеренно сложные аналоговые схемы, состоящие из кучки транзисторов и нескольких резисторов. Подробно описывать их не буду, скажу лишь, что они используют цепи обратной связи для генерации нужных фиксированных значений напряжения и тока.

Значительную часть ИС занимают пять конденсаторов. На схеме один расположен сверху, три идут параллельно, формируя нижний конденсатор на схеме, а один стабилизирует цепь напряжения смещения. На фото кристалла ниже показан один из конденсаторов после растворения верхнего металлического слоя. Красные и зелёные участки – это поликремний, формирующий верхнюю пластину конденсатора вместе с металлическим слоем. Расположенный под поликремнием розоватый участок – вероятно, нитрид кремния, формирующий диэлектрический слой. Кремний с добавками, которого на фото не видно, формирует нижнюю пластину конденсатора.


Конденсатор на кристалле. Большой бледный квадрат слева – площадка для подсоединения проволочной разварки к ИС. Сложные структуры слева – фиксирующие диоды контактов. Похожие на клевер структуры справа – это транзисторы.

Интересно, что конденсаторы на чипе не соединяются вместе. Они подсоединены к трём площадкам, связанным между собой проволочной разваркой. Возможно, это придаёт схеме гибкость – ёмкость цепи можно изменить, удалив проводник, ведущий к конденсатору.

Цифровая схема

С правой части чипа находится цифровая схема делителя выходной частоты кристалла на 1, 2, 4 или 8. Благодаря ей один и тот же кристалл может выдавать четыре частоты. Делитель составлен из трёх триггеров, подключённых последовательно. Каждый делит входящий импульс пополам. Мультиплексор 4 к 1 выбирает между оригинальной частотой импульсов или выходом с одного из триггеров. Выбор осуществляется при помощи проводников, подходящих к двум площадкам для выбора с правой части кристалла. Итоговая частота фиксируется на этапе производства. Для декодирования контактов и генерации четырёх управляющих сигналов мультиплексору и триггерам используются четыре вентиля NAND вместе с инверторами.

Реализация логики КМОП

Кип построен на логике КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Она использует совместно работающие транзисторы двух типов, N-МОП и P-МОП. На диаграмме ниже показано устройство N-МОП транзистора. Транзистор можно считать переключателем между истоком и стоком, который контролирует вентиль. Исток и сток (зелёные) состоят из участков кремния с добавками, меняющими его полупроводниковые свойства – из N+ кремния. Вентиль сделан из особого кремния, поликремния, отделённого от кремниевой подложки очень тонким изолирующим слоем оксидным слоем. N-МОП транзистор включается, когда вентиль подтягивается вверх.


Структура N-МОП транзистора. Структура P-МОП транзистора похожа, однако участки кремния N- и P-типа меняются местами.

Строение P-МОП транзистора противоположно N-МОП: исток и сток состоят из P+ кремния, включённого в N кремний. Работает он тоже противоположно N-МОП транзистору: включается, когда вентиль подтягивается вниз. Обычно P-МОП транзисторы подтягивают сток вверх, а N-МОП – вниз. В КМОП транзисторы работают, дополняя друг друга, подтягивая выходной сигнал вверх или вниз по необходимости.

На диаграмме ниже показано, как в КМОП реализован вентиль NAND. Если на вход подать 0, соответствующий P-МОП транзистор (вверху) включится и притянет выход вверх. Если на оба входа подать 1, N-МОП транзистор (внизу) включится и подтянет выход вниз. Таким образом схема реализует функцию NAND.

На диаграмме ниже показано, как NAND-вентиль выглядит на кристалле. В отличие от изображений в учебниках, у реальных транзисторов бывает сложная, извилистая форма. С левой стороны находятся P-МОП транзистор, а с правой – N-МОП. Красноватые дорожки над кремнием – это поликремний, формирующий вентили. Большая часть кремния в подложке благодаря добавкам проводит ток, и выглядит чуть темнее непроводящего кремния без добавок с левого и правого краёв, а также в центре. Для изготовления этого фото металлический слой был вытравлен. Жёлтые линии обозначают места, где раньше были металлические проводники. Кружочки — это связи металлического слоя с нижними слоями, кремния или поликремния.


Как NAND-вентиль выглядит на кристалле

Транзистор на фото можно сопоставить со схемой NAND-вентиля. Посмотрите на сформированные поликремнием вентили транзистора, и на то, что они разделяют. От участка +5 есть дорожка к выходу через длинный P-МОП транзистор слева. Второй путь идёт через небольшой P-МОП транзистор в центре – это показывает, что транзисторы подключены параллельно. Каждый вентиль контролирует один из входов. Слева дорожка от земли к выходу должна пойти через оба концентрических N-МОП транзистора – они подключены последовательно.

В этой ИС также используется много транзисторов с кольцевыми вентилями. Эта необычная техника расположения элементов позволяет с большой плотностью разместить множество параллельных транзисторов. На фото ниже показано 16 транзисторов с кольцевыми вентилями. Похожие на клевер узоры медного цвета – это сток транзисторов, а снаружи находится исток. Металлический слой (тут он удалён) объединяет соответственно все истоки, вентили и стоки. Параллельные транзисторы работают как один большой. Параллельные транзисторы используются для подачи больших токов на выход. В схеме смещения вместе соединяются различное количество транзисторов (6, 16 или 40), чтобы получать нужное соотношение токов.

Передаточный вентиль

Ещё одна ключевая схема чипа – это передаточный вентиль. Он работает как переключатель, через который сигнал либо проходит, либо нет. На схеме ниже показано, как передаточный вентиль делается из двух транзисторов, N-МОП транзистора и P-МОП транзистора. Если по линии enable подаётся большое напряжение, включаются оба транзистора, и входной сигнал проходит на выход. Если напряжение низкое, они выключаются, блокируя сигнал. Справа показано условное обозначение передаточного вентиля на схемах.

Мультиплексор

Мультиплексор используется для выбора одного из четырёх тактовых сигналов. На диаграмме ниже показано, как мультиплексор реализован на основе передаточных вентилей. Мультиплексор принимает на вход четыре сигнала: A, B, C и D. Один из входов выбирается через активацию соответствующей линии выбора и её дополнения. Этот вход связывается через передаточный вентиль с выходом, а другие входы блокируются. Хотя мультиплексор можно построить и на стандартных логических вентилях, его реализация на передаточных вентилях получается эффективнее.


Мультиплексор 4 к 1 на основе передаточных вентилей

На схеме ниже показаны транзисторы, из которых состоит мультиплексор. Ко входам B и С подключено по паре транзисторов. Думаю, это сделано потому, что у пары транзисторов сопротивление получается половинным. Поскольку входы В и С предназначены для высокочастотных сигналов, пара транзистора позволяет уменьшить задержки и искажения.

На фото ниже показано, как мультиплексор реализован на кристалле физически. Лучше всего видно поликремниевые вентили. Металлический слой удалён. Металлические проводники шли вертикально, соединяя соответствующие сегменты транзисторов. Истоки и стоки соседних транзисторов объединены в единые участки, расположенные между вентилями. В верхнем прямоугольнике находятся N-МОП транзисторы, а в нижнем – P-МОП. Поскольку P-МОП транзисторы менее эффективны, нижний прямоугольник должен быть больше.

Триггер

На чипе есть три триггера, делящие тактовую частоту. Кварцевый генератор использует переключаемые триггеры, которые переключаются между 0 и 1 каждый раз, когда получают входящий импульс. Поскольку два входящих импульса дают один исходящий (0→1→0), триггер делит частоту пополам.

Триггер состоит из передаточных вентилей, инверторов и NAND-вентиля – см. схему ниже. Когда входящий тактовый сигнал равен 1, выход проходит через инвертор и первый передаточный вентиль в точку А. Когда входящий сигнал переключается на 0, открывается первый передаточный вентиль, и в точке А остаётся предыдущее значение. Тем временем закрывается второй передаточный вентиль, поэтому сигнал проходит через второй инвертор и передаточный вентиль в точку В. NAND-вентиль снова его инвертирует, в результате чего значение выхода меняется на противоположное. Второй цикл входящего сигнала тактовой частоты повторяет этот процесс, благодаря чему выход возвращается к изначальному значению. В итоге два цикла входящих сигналов дают один цикл выходящего сигнала, так что триггер делит частоту на 2.

У каждого триггера есть разрешающий вход. Если триггер для выбранного выхода не нужен, он отключается. К примеру, если выбирается режим деления на 2, используется только первый триггер, а два другие отключаются. Полагаю, это делается для уменьшения энергопотребления. Это не зависит от контакта отключения на модуле, который полностью блокирует выходящий сигнал. Это отключаемое свойство опционально; в данном модуле такой функции нет, а контакт отключения не подключен к ИС.

На схеме выше инвертеры и передаточные вентили показаны в виде отдельных структур. Однако в триггере используется интересная структура вентилей, комбинирующая инвертер и передаточный вентиль (слева) в единый вентиль (справа). Пара транзисторов, подключенных к data in, работают как инвертер. Однако если сигнал тактовой частоты нулевой, питание и земля блокируются, и вентиль не влияет на выход, сохраняя предыдущее напряжение. Так работает передаточный вентиль.


Комбинированные инвертер и передаточный вентиль

На фото ниже показано, как один из таких вентилей выполнен на кристалле. На фото видно металлический слой сверху. Под ним видно красноватые вентили из поликремния. Слева расположены два P-МОП транзистора в виде концентрических кругов. Справа находятся N-МОП транзисторы.

Заключение

Хотя модуль кварцевого генератора снаружи кажется простым, внутри него больше компонентов, чем можно было бы ожидать. Там находится не только кристалл кварца, но и дискретные компоненты, и крохотная ИС. В ИС скомбинированы конденсаторы, аналоговые цепи, обеспечивающие колебания, и цифровые цепи для выбора частоты. Можно выбрать одну из четырёх частот, изменяя проводку ИС на этапе производства.

Больше информации по кварцевым генераторам можно найти на сайтах EEVblog, electronupdate и WizardTim. Про генератор Колпитца можно посмотреть на Hackaday.

Закончу фотографией чипа после удаления слоёв металла и оксида, чтобы было видно кремний и поликремний. Больше всего выделяются крупные розоватые конденсаторы, однако можно рассмотреть и транзисторы.


Кликабельно

Схема генератора для проверки кварцевых резонаторов. Генератор Пирса

Простейшая схема генератора для проверки кварцевых резонаторов

Схема Пирса — это, пожалуй, самая проста схема генератора с кварцевым резонатором. В этой схеме резонатор возбуждается на частоте параллельного резонанса. Схема содержит всего несколько деталей. Кроме кварцевого резонатора понадобиться один полевой транзистор с N-каналом, один резистор, один конденсатор и дроссель (катушка индуктивности).

Генератор возбуждается потому, что в схеме присутствует петля положительной обратной связи с истока транзистора на его затвор через конденсатор С и кварцевый резонатор ZQ. Такой генератор обладает очень хорошей стабильностю частоты, которая мало зависит от напряжения питания и температуры окружающей среды. Схему можно использовать как задающий генератор во многих радиолюбительских конструкциях, а также в качестве устройства для проверки работоспособности кварцевых резонаторов.

Компоненты схемы

Конденсатор можно применить любого типа. Хорошо использовать слюдяной конденсатор, но сейчас их достаточно трудно найти в продаже.

Транзистор

Полевой транзистор с каналом N-типа 2N5485 можно купить в магазине радиодеталей, но дешевле будет заказать в Китае на Алиэкспресс. Транзисторы там продаются партиями по несколько десятков штук. Такие транзисторы можно с успехом использовать в целом ряде радиолюбительских конструкций.

Резистор

Любой маломощный резистор сопротивлением около 10 мегаом. Возможно у вас не окажется в хозяйстве резистора с таким высоким сопротивлением. Выпаять его из какой-нибудь старой платы тоже проблематично, так как резисторы с сопротивлением 10 мегаом используются не так часто. Резистор можно купить в магазине или заказать в Китае на Алиэкспресс. Можно также составить его из нескольких резисторов более низкого сопротивления, соединив их последовательно.

Дроссель

Дроссель можно использовать любого типа. Можно намотать его на небольшом ферритовом кольце, измерив индуктивность мультиметром, чтобы она была близка к обозначенной на схеме. Точное значение индуктивности здесь не имеет значение, так как катушка не несет частото-задающей функции. Дроссель служит нагрузкой транзистора по постоянному току, отсекая высокочастотную составляющую.

5.19. Генераторы с кварцевыми резонаторами

Активные фильтры и генераторы

Генераторы



От RC-генератора можно легко добиться стабильности порядка 0,1% при начальной точности установки частоты от 5 до 10%. Это вполне удовлетворительно для многих применений, таких, например, как мультиплексный индикатор карманного калькулятора, где цифры многозначного числа подсвечиваются одна за другой с быстрым чередованием (обычная часто – 1кГц). В каждый момент времени горит только одна цифра, но глаз видит все число. Ясно, что точность здесь не очень важна. Несколько лучше стабильность LC-генераторов — порядка 0.01% в течение разумного промежутка времени. Этого вполне достаточно для гетеродинов радиоприемников и телевизоров.

Для получения по-настоящему стабильных колебаний незаменимы кварцевые генераторы. В них используется кусочек кварца (искусственного — двуокись кремния), вырезанный и отшлифованный таким образом, что он имеет определенную частоту колебаний. Кварц представляет собой пъезоэлектрик (его деформация вызывает появление электрического потенциала, и наоборот), поэтому упругие колебания кристалла могут быть вызваны приложением электрического поля, а эти колебания в свою очередь генерируют напряжение на гранях кристалла. Помещая на поверхность кристалла контакты, можно превратить его в истинный схемный элемент, эквивалентный некоторой RLC-схеме, заранее настроенной на определенную частоту. В самом деле эквивалентная схема этого элемента содержит два конденсатора, дающих пару близко расположенных резонансных частот — последовательного и параллельного резонанса (рис. 5.47), отличающихся друг от друга не более чем на 1%. Результат этого эффекта — резкое изменение реактивного сопротивления с частотой (рис. 5.48). Высокая добротность Q кварцевого резонатора (обычно около 10000) и хорошая стабильность делают естественным его Рис. 5.48. применение как задающего элемента в генераторах и фильтрах с улучшенными параметрами. В схемах с кварцевыми резонаторами, как и в LC-генераторах, вводят положительную обратную связь и обеспечивают надлежащее усиление на резонансной частоте, что ведет к автоколебаниям.

Рис. 5.47.

Рис. 5.48.

На рис. 5.49 показаны некоторые схемы кварцевых генераторов. На рис. 5.49, а показан классический генератор Пирса, в котором используется обычный полевой транзистор (см. гл. 3). На рис. 5.49, б изображен генератор Колпитца с кварцевым резонатором вместо LC-контура. В схеме на рис. 5.49, в в качестве обратной связи используется сочетание биполярного n-p-n — транзистора и кварцевого резонатора. Остальные схемы генерируют выходной сигнал с логическими уровнями при использовании цифровых логических функций(рис 5.49, г и д).

Рис. 5.49. Схемы с кварцевыми резонаторами, а — генератор Пирса, б — генератор Колпитца.

На последней диаграмме показаны схемы кварцевых генераторов, построенные ИС МС12060/12061 фирмы Motorola. Эти микросхемы предназначены для использования, совместно с кварцевыми резонаторами, диапазона частот от 100 кГц до 20 МГц и спроектированы таким образом, что обеспечивают прекрасную стабильность частоты колебаний при тщательном ограничении его амплитуды с помощью встроенного амплитудного дискриминатора и схемотехнического ограничителя. Они обеспечивают формирование выходных колебаний как синусоидальной, так и прямоугольной формы (с ТТЛ и ЭСЛ логическими уровнями).

В качестве альтернативы, а именно в тех случаях, когда достаточно иметь выходное колебание только прямоугольной формы и не предъявляются предельные требования по стабильности, можно применять законченные модули кварцевых генераторов, которые обычно выпускаются в металлических DIP-корпусах. Они предлагают стандартный набор частот например, 1, 2, 4, 5 6, 8 10 16 и 20 МГц), а также «странные» частоты, которые обычно используются в микропроцессорных системах (например, частота 14,31818 МГц используется в видеоплатах. Эти «кварцевые модули тактовой частоты», как правило, обеспечивают точность (в диапазоне температур, напряжений источника питания и времени) только 0,01% (10-4), однако они дешевы (от 2 до 11 Долл.) и вам не приходится строить схему. Кроме того, они всегда дают устойчивые колебания, тогда как при создании собственного генератора этого не всегда удается добиться. Функционирование схем генераторов на кварцевых ректорах зависит от электрических свойств самого кристалла (таких, как последовательный или параллельный режим колебаний, эффективное последовательное сопротивление и емкость монтажа), которые не всегда полностью известны. Очень часто вы можете найти, что хотя ваш самодельный кварцевый генератор и возбуждается, но на частоте, которая не соответствует той, которая указана на кварцевом резонаторе. В наших собственных изысканиях в области схем дискретных кварцевых генераторов бывало всякое.

Кварцевые резонаторы выпускаются на диапазон от 10 кГц до 10 МГц, а у некоторых образцов высокие обертоны доходят до 250 МГц. Для каждой частоты нужен свой резонатор, но для наиболее употребительных частот резонаторы выпускаются серийно. Всегда легко достать резонаторы на частоты 100 кГц, 1, 2, 4, 5 и 10 МГц. Кварцевый резонатор на частоту 3.579545 МГц (стоящий меньше доллара) применяется в генераторе импульсов цветности телевизоров. Для электронных наручных часов нужна частота 32,768 кГц (или 215 Гц), и вообще, часто нужны частоты, равные 2 какой-то степени Гц. Кварцевый генератор можно регулировать в небольшом диапазоне с помощью последовательно или параллельно включенных конденсаторов переменной емкости (см. рис. 5.49, г). Благодаря дешевизне кварцевых резонаторов всегда имеет смысл рассмотреть возможность их применения в тех случаях, когда RС-релаксационные генераторы работают на пределе своих возможностей.

При необходимости стабильную частоту кварцевого генератора можно «подгонять» электрическим способом в небольших пределах с помощью варактора. Такая схема называется УНКГ (управляемый напряжением кварцевый генератор), при этом удается соединить прекрасную стабильность кварцевых генераторов с регулируемостью LC-генераторов. Покупка коммерческого УНКГ, вероятно, является наилучшим решением проблем, возникающих при собственном проектировании. Стандартные УНКГ обеспечивают максимальные отклонения центральной частоты от номинала порядка ±10-5 — ±10-4, хотя имеются образцы с более широким диапазоном (вплоть до ±10-3).

Без особых усилий можно с помощью кварцевого резонатора обеспечить стабильность частоты порядка нескольких миллионных долей в нормальном температурном диапазоне. Применяя схемы температурной компенсации, можно построить температурно-компенсированный кварцевый генератор (ТККГ) с несколько улучшенными параметрами. Как ТККГ, так и некомпенсированный генератор выпускаются в виде готовых модулей разными фирмами, например фирмами Biley, CTS Knights, Motorola, Reeves Hoffman, Statek и Vectron. Они бывают разных габаритов, иногда не больше корпуса DIP или стандартного корпуса для транзисторов ТО-5. Дешевые модели обеспечивают стабильность порядка 10-6 в диапазоне от 0 до 50°С, дорогие — порядка 10-7 в том же диапазоне.

Температурно-компенсированные генераторы. Чтобы получить сверхвысокую стабильность, может понадобиться кварцевый генератор, работающий в условиях постоянной температуры. Обычно для этих целей используется кристалл с практически нулевым температурным коэффициентом при несколько повышенной температуре (от 80° до 90 °С), а также термостат, который эту температуру поддерживает. Выполненные подобным образом генераторы выпускаются в виде небольших законченных модулей, пригодных для монтажа и включаемых в приборы, на все стандартные частоты. Типичным модулем генератора с улучшенными характеристиками служит схема 10811 фирмы Hewlett-Packard. Она обеспечивает стабильность порядка 10-11 в течение времени от нескольких секунд до нескольких часов при частоте 10 МГц.

Если температурная нестабильность снижена до очень малых значений, то начинают доминировать другие эффекты: «старение» кристалла (тенденция частоты к уменьшению с течением времени), отклонения питания от номинала, а также внешние влияния, например удары или вибрации (последнее представляет собой наиболее серьезные проблемы в производстве кварцевых наручных часов). Один из способов решения проблемы старения: в паспортных данных генератора указывается скорость снижения частоты — не более 5·10-10 в день. Эффект старения возникает частично из-за постепеннее снятия деформаций, поэтому через несколько месяцев с момента изготовления этот эффект имеет тенденцию к устойчивому снижению, по крайней мере для хорошо сделанных кристаллов. Взятый нами за образец генератор 10811 имеет величину эффекта старения не более 10-11 в день.

В тех случаях, когда стабильность термостатированных кристаллов уже недостаточна, применяются атомные стандарты частоты. В них используются микроволновые линии поглощения в рубидиевом газонаполненном элементе или частоты атомных переходов в пучках атомов цезия в качестве эталонов, по которым стабилизируется кварцевый резонатор. Таким образом можно получить точность и стабильность порядка 10-12. Цезиевый стандарт является официальным эталоном времени в США. Эти стандарты вместе с линиями передачи времени принадлежат Национальному бюро стандартов и Морской обсерватории. Как последнее средство для самых точных частот, где нужна стабильность порядка 10-14, можно предложить мазер на атомарном водороде. Последние исследования в области создания точных часов сосредоточиваются на технических приемах, использующих «охлажденные ионы», которые позволяют достигать даже еще лучшей стабильности. Многие физики считают, что можно достичь окончательной стабильности 10-18.


Схемы, не требующие пояснении


Генераторы кварцевые. Термины и определения – РТС-тендер

     
     ГОСТ 22866-77

Группа Э00

ГЕНЕРАТОРЫ КВАРЦЕВЫЕ

Термины и определения

Crystal oscillators. Terms and definitions

МКС 01.040.31

          01.040.33

          31.140

Дата введения 1979-01-01

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28 декабря 1977 г. N 3092 дата введения установлена 01.01.79

Проверен в 1984 г.

ИЗДАНИЕ с Изменением N 1, утвержденным в марте 1985 г. (ИУС 6-85).

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения кварцевых генераторов.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Приведенные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов — синонимов стандартизованного термина запрещается. Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены «Ндп».

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

В стандарте в качестве справочных приведены иностранные эквиваленты на английском языке.

В стандарте в приложении приведены модуляционная характеристика и график нелинейности модуляционной характеристики управляемого напряжением кварцевого генератора.

В стандарте приведены алфавитные указатели содержащихся терминов на русском и английском языках.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма — светлым, а недопустимые синонимы — курсивом.

Термин

Определение

1. Кварцевый генератор

Crystal oscillator

Генератор переменного напряжения, стабилизирующим элементом частоты которого является кварцевый резонатор или пьезоэлемент

2. Гармониковый кварцевый генератор

Overtone crystal oscillator

Кварцевый генератор с порядком колебания кварцевого резонатора или пьезоэлемента выше первого

3. Простой кварцевый генератор

Packaged crystal oscillator

Кварцевый генератор без дополнительных элементов, предназначенных для улучшения каких-либо его параметров

4. Управляемый кварцевый генератор

Controlled crystal oscillator

Кварцевый генератор, частоту которого можно изменять внешним воздействием

5. Термокомпенсированный кварцевый генератор

Temperature compensated crystal oscillator

Кварцевый генератор, отклонение частоты которого в интервале рабочих температур уменьшается с помощью специальной электрической схемы

6. Термостатированный кварцевый генератор

Oven controlled crystal oscillator

Кварцевый генератор, в котором термостабилизирован кварцевый резонатор или пьезоэлемент, а при необходимости, другие элементы электрической схемы для уменьшения влияния температуры окружающей среды

7. Дискретный кварцевый генератор

Crystal oscillator with discrete elements

Кварцевый генератор, кварцевый резонатор и другие элементы которого представляют собой дискретные элементы, имеющие гальванические связи

8. Интегральный кварцевый генератор

Integrated crystal oscillator

Кварцевый генератор, элементы схемы которого, за исключением активных элементов, выполнены на одной пьезоэлектрической подложке методом планарной технологии

9. Гибридный кварцевый генератор

Hybrid oscillator

Кварцевый генератор, содержащий дискретные элементы и элементы, выполненные методом планарной технологии

10. Тип кварцевого генератора

Crystal oscillator type

Конкретное сочетание конструкции кварцевого генератора и диапазона частот

11. Номинальная частота кварцевого генератора

Номинальная частота

Nominal frequency

Частота кварцевого генератора, установленная нормативно-технической документацией

12. Рабочая частота кварцевого генератора

Рабочая частота

Working frequency

Частота кварцевого генератора, измеренная в заданном рабочем режиме

13. Точность настройки кварцевого генератора

Точность настройки

Ндп. Погрешность настройки

Adjustment accuracy

Максимальное отклонение рабочей частоты кварцевого генератора от номинальной при температуре настройки

14. Перестройка частоты кварцевого генератора

Перестройка частоты

Ндп. Регулировка частоты

Frequency adjustment

Преднамеренное изменение или коррекция частоты кварцевого генератора

15. Допускаемое отклонение частоты кварцевого генератора

Допускаемое отклонение частоты

Permissible frequency deviation

Максимальное отклонение частоты кварцевого генератора, работающего в заданных условиях, относительно номинальной частоты при воздействии различных дестабилизирующих факторов

16. Погрешность коррекции частоты кварцевого генератора

Погрешность коррекции

Correction error

Отклонение рабочей частоты кварцевого генератора относительно значения номинальной частоты при коррекции

17. Время установления частоты кварцевого генератора

Время установления частоты

Stabilization time

Интервал времени, за который устанавливается значение рабочей частоты после включения кварцевого генератора

18. Долговременная нестабильность частоты кварцевого генератора

Долговременная нестабильность частоты

Long-term frequency instability

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора за заданный интервал времени, происходящее в заданном режиме и вызванное необратимыми изменениями, происходящими в элементах кварцевого генератора

19. Кратковременная нестабильность частоты кварцевого генератора

Кратковременная нестабильность частоты

Short-term frequency instability

Случайные изменения частоты кварцевого генератора относительно рабочей за заданный интервал времени

20. Паразитные колебания кварцевого генератора

Паразитные колебания

Spurious oscillations

Напряжения определенных частот, появляющиеся на выходе кварцевого генератора и не являющиеся гармоническими составляющими напряжения рабочей частоты

21. Нестабильность частоты кварцевого генератора от напряжения питания

Voltage coefficient

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора, вызванное изменением напряжения питания

22. Нестабильность частоты кварцевого генератора от нагрузки

Load coefficient

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора, вызванное изменением сопротивления нагрузки, измеряемое в заданном рабочем режиме

23. Температурная нестабильность частоты кварцевого генератора

Температурная нестабильность частоты

Temperature instability of frequency

Изменение рабочей частоты кварцевого генератора, вызванное изменением окружающей температуры

24. Температурный коэффициент частоты кварцевого генератора

ТКЧ

Temperature coefficient of frequency

Отношение производной частоты по температуре при заданной температуре к рабочей частоте кварцевого генератора

25. Температурно-частотная характеристика кварцевого генератора

ТЧХ

Frequency versus temperature characteristic

Зависимость рабочей частоты кварцевого генератора от окружающей температуры

26. Мощность, потребляемая кварцевым генератором во время включения

Power consumption during the switch-on period

Максимальная мощность, которую потребляет кварцевый генератор от источника питания до момента установления рабочей частоты

27. Мощность, потребляемая кварцевым генератором в установившемся режиме

Power consumption over steady-state conditions

Максимальная мощность, которую потребляет кварцевый генератор от источника питания после установления рабочей частоты

28. Интервал рабочих температур кварцевого генератора

Интервал рабочих температур

Operating temperature range

Интервал температур, в котором параметры кварцевого генератора должны оставаться в пределах норм, установленных в нормативно-технической документации

29. Температура настройки кварцевого генератора

Температура настройки

Adjustment temperature

Температура, при которой в процессе изготовления устанавливается или подстраивается рабочая частота кварцевого генератора

30. Модуляционная характеристика кварцевого генератора

Модуляционная характеристика

Modulation characteristic

Зависимость рабочей частоты кварцевого генератора от внешних воздействий

31. Нелинейность модуляционной характеристики кварцевого генератора

Нелинейность модуляционной

характеристики

Modulation distortion linearity

Отношение отклонения допускаемой линейной модуляционной характеристики к полному изменению частоты, выражаемое в процентах

     

     

Время установления частоты

17

Время установления частоты кварцевого генератора

17

Генератор кварцевый

1

Генератор кварцевый гармониковый

2

Генератор кварцевый гибридный

9

Генератор кварцевый дискретный

7

Генератор кварцевый интегральный

8

Генератор кварцевый простой

3

Генератор кварцевый термокомпенсированный

5

Генератор кварцевый термостатированный

6

Генератор кварцевый управляемый

4

Интервал рабочих температур

28

Интервал рабочих температур кварцевого генератора

28

Колебания кварцевого генератора паразитные

20

Колебания паразитные

20

Коэффициент частоты кварцевого генератора температурный

24

Мощность, потребляемая кварцевым генератором во время включения

26

Мощность, потребляемая кварцевым генератором в установившемся режиме

27

Нелинейность модуляционной характеристики

31

Нелинейность модуляционной характеристики кварцевого генератора

31

Нестабильность частоты долговременная

18

Нестабильность частоты кварцевого генератора долговременная

18

Нестабильность частоты кварцевого генератора кратковременная

19

Нестабильность частоты кварцевого генератора от нагрузки

22

Нестабильность частоты кварцевого генератора от напряжения питания

21

Нестабильность частоты кварцевого генератора температурная

23

Нестабильность частоты кратковременная

19

Нестабильность частоты температурная

23

Отклонение частоты допускаемое

15

Отклонение частоты кварцевого генератора допускаемое

15

Перестройка частоты

14

Перестройка частоты кварцевого генератора

14

Погрешность коррекции

16

Погрешность коррекции частоты кварцевого генератора

16

Погрешность настройки

13

Регулировка частоты

14

Температура настройки

29

Температура настройки кварцевого генератора

29

Тип кварцевого генератора

10

ТКЧ

24

Точность настройки

13

Точность настройки кварцевого генератора

13

ТЧХ

25

Характеристика кварцевого генератора модуляционная

30

Характеристика кварцевого генератора температурно-частотная

25

Характеристика модуляционная

30

Частота кварцевого генератора номинальная

11

Частота кварцевого генератора рабочая

12

Частота номинальная

11

Частота рабочая

12

     

     

Adjustment accuracy

13

Adjustment temperature

29

Controlled crystal oscillator

4

Correction error

16

Crystal oscillator

1

Crystal oscillator type

10

Crystal oscillator with discrete elements

7

Frequency adjustment

14

Frequency versus temperature characteristic

25

Hybrid oscillator

9

Integrated crystal oscillator

8

Load coefficient

22

Long-term frequency instability

18

Modulation characteristic

30

Modulation distortion linearity

31

Nominal frequency

11

Operating temperature range

28

Oven controlled crystal oscillator

6

Overtone crystal oscillator

2

Packaged crystal oscillator

3

Permissible frequency deviation

15

Power consumption during the switch-on period

26

Power consumption over steady-state conditions

27

Short-term frequency instability

19

Spurious oscillations

20

Stabilization time

17

Temperature coefficient of frequency

24

Temperature compensated crystal oscillator

5

Temperature instability of frequency

23

Voltage coefficient

21

Working frequency

12

     

     


ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

Модуляционная характеристика управляемого напряжением кварцевого генератора

Полное изменение частоты =1000 Гц.

Нелинейность

— заданная линейная модуляционная характеристика кварцевого генератора;

, — допускаемые отклонения модуляционной характеристики при заданной нелинейности ±5%;

— реальная модуляционная характеристика кварцевого генератора.

График нелинейности модуляционной характеристики управляемого напряжением
кварцевого генератора

Текст документа сверен по:

официальное издание

Электроника. Термины и определения. Часть 2:

Сб. стандартов. — М.: Стандартинформ, 2005

Гармониковые кварцевые генераторы — RadioRadar

   Современные приемо-передающие устройства требуют повышенной точности настройки на рабочую частоту. Это требование достаточно легко обеспечить, применив кварцевую стабилизацию частоты. Обычно кварцевые резонаторы в генераторах возбуждают на основной частоте (до 20…22 МГц). Это связано с тем, что кварцевые резонаторы, как правило, имеют АТ-срез, то есть используют колебания сдвига (по толщине кварцевой пластины). Так как на частоте 22 МГц толщина кварцевой пластины составляет менее 0,08 мм, то технологически трудно получить более тонкие пластины, существенно не удорожая резонатор.

   Обычно выше указанной частоты резонаторы возбуждают на нечетных механических гармониках. Для этой цели в кварцевый генератор, выполненный по схеме емкостной трехточки, включают катушку индуктивности рис.1). Получившийся параллельныйколебательный контур, образованный катушкой L1 и конденсатором С1, настраивают на частоту ниже рабочей гармоники, но выше предыдущей. Тогда на частоте необходимой гармоники сопротивление контура имеет емкостной характер, а на более низкой — индуктивный. В результате баланс фаз и амплитуд выполняется только на рабочей гармонике.

Рис.1. Кварцевый генератор — по схеме емкостной трехточки

   В принципе, можно возбудить кварцевые резонаторы на третьей гармонике и не используя катушку индуктивности, как показано на рис. 2. Возбуждение резонатора на гармонике описано в [1]. В данной схеме кварц включен между двумя затворами высокочастотного полевого транзистора с дроссельной (L1) нагрузкой в стоковой цепи. Этим обеспечивается необходимый сдвиг фаз для возбуждения кварца на третьей гармонике. Нагрузка генератора подключается через истоковый (эмиттерный) повторитель. В противном случае емкость нагрузки в большинстве случаев ведет к срыву колебаний (для третьей гармоники). Эта осцилляторная схема обладает хорошими характеристиками. В ней возбуждаются как устаревшие кварцы типа РК-169, так и современные (немецкой фирмы «Jauch», С.-Петербургского ПО «Морион»).

Рис.2. Кварцевый генератор, возбуждаемый без катушки индуктивности

Схема испытывалась с кварцевыми резонаторами на частоты от 5 до 16 МГц. При использовании резонаторов от 5 до 9 МГц потребовалось увеличить индуктивность дросселя до 100 мкГн. Регулировкой напряжения на втором затворе с помощью R1, можно добиться возбуждения кварца на третьей гармонике и необходимой амплитуды колебаний на выходе схемы. Вместо двухзатворного полевого транзистора типа BF961 можно попытаться применить КП327, КП359, но при этом не все типы кварцевых резонаторов будут возбуждаться на третьей гармонике.

   В следующей схеме, приведенной на рис.3, кварцевые резонаторы также возбуждаются на третьей гармонике.

Рис.3. Кварцевый генератор c диодным включением VT1

Искушенный в радиотехнике читатель, внимательно приглядевшись к схеме, возможно, усомнится в работоспособности предлагаемого генератора, т.к. в коллекторную цепь включено относительно большое сопротивление (R2), а между базой и коллектором всего 100 Ом (R1). В данном случае транзистор VT1 использован в диодном включении, когда база и коллектор имеют одинаковый потенциал относительно общего провода схемы. Ток через транзистор задается резистором в цепи коллектора. А резистор R1 необходим лишь для того, чтобы погасить паразитные колебания в контуре, образованном дросселем L1 и емкостью перехода база-коллектор транзистора вместе с паразитными емкостями схемы. Ввиду того что h-параметры транзистора зависят от режима его работы и от частоты, в предлагаемой схеме выполняется баланс фаз и амплитуд на третьей гармонике кварца. Нагрузка кварцевого генератора подключается через истоковый (эмиттерный) повторитель, обладающий высоким входным сопротивлением. В этой схеме возбуждаются как вакуумированные (РК100, РК-259), так и герметизированные (РК-169) кварцевые резонаторы. Схема испытывалась с кварцами на частоты от 5 до 16 МГц. С некоторыми типами низкочастотных кварцев для более надежного возбуждения колебаний необходимо увеличить R1 до 220 Ом, емкость С2 до 36 пФ. При применении «низкоактивных» кварцев желательно увеличить индуктивность дросселя L1 до 50 мкГн. Даже при неблагоприятных соотношениях элементов этого кварцевого генератора при изменении питания от 4 до 12 В удавалось возбудить кварцы на третьей гармонике. Транзисторы в генераторе можно применить типов КТ315, КТ306, КТ325, КТ355, КТ399, только потребуется подбор L1, С2 и изменение напряжения питания для работы с необходимым типом кварцевого резонатора.

   Следующая предлагаемая вниманию читателей схема (рис.4) несколько сложнее, но в ней отсутствуют моточные изделия. В этой схеме баланс фаз выполняется при возбуждении кварца на третьей гармонике с помощью RC-цепи.

Рис.4. Кварцевый генератор без моточных изделий

Автогенератор выполнен на дифференциальном каскаде. Левый (по схеме) транзистор дифкаскада включен по схеме с общей базой, правый — по схеме с общим эмиттером. Между коллекторами транзисторов включена фазосдвигающая RC-цепь R5-C3. Рассматриваемая схема относится к осцилляторным, так как без кварцевого резонатора, являющегося эквивалентной индуктивностью, колебания не возникают. В схеме хорошо возбуждаются резонаторы на частоты от 5 до 16 МГц. Для низкочастотных кварцев необходимо увеличить емкость СЗ до 10 пФ. При изменении элементов фазосдвигающей цепи: резистора R5 — от 10 до 150 Ом, емкости СЗ — от 0 до 10 пФ, удавалось получить устойчивые колебания на третьей механической гармонике кварца. Транзисторную сборку DA1 можно заменить на подобранную пару высокочастотных транзисторов КТ306, КТ368, КТ325, КТ355, КТ399. В этой схеме нагрузку также необходимо подключать через каскад с высоким входным сопротивлением. Номинальное напряжение питания — 9 В, но для возбуждения колебаний иногда полезно «покачать» его в диапазоне от 4 до 12 В.

Источники

  1. Кварцевый генератор на транзисторах. — Радио, 1977, N3, С.60.

Автор: О.БЕЛОУСОВ, г.Черкассы

Все о кварцевом резонаторе

Кварцевый резонатор — электронный прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.

Современная цифровая техника требует высокой точности, поэтому совсем неудивительно, что практически любое цифровое устройство, какое бы не попалось сегодня на глаза обывателю, содержит внутри кварцевый резонатор.

Кварцевые резонаторы на различные частоты необходимы в качестве надежных и стабильных источников гармонических колебаний, чтобы цифровой микроконтроллер мог бы опереться на эталонную частоту, и оперировать с ней в дальнейшем, в процессе работы цифрового устройства. Таким образом, кварцевый резонатор — это надежная замена колебательному LC-контуру.

Если рассмотреть простой колебательный контур, состоящий из конденсатора и катушки индуктивности, то быстро выяснится, что добротность такого контура в схеме не превысит 300, к тому же емкость конденсатора будет плавать в зависимости от температуры окружающей среды, то же самое произойдет и с индуктивностью.

Не даром есть у конденсаторов и катушек такие параметры как ТКЕ — температурный коэффициент емкости и ТКИ — температурный коэффициент индуктивности, показывающие, насколько изменяются главные параметры этих компонентов с изменением их температуры.

В отличие от колебательных контуров, резонаторы на базе кварца обладают недостижимой для колебательных контуров добротностью, которая измеряется значениями от 10000 до 10000000, причем о температурной стабильности кварцевых резонаторов речи не идет, ведь частота остается постоянной при любом значении температуры, как правило из диапазона от -40°C до +70°C.

Так, благодаря высоким показателям температурной стабильности и добротности, кварцевые резонаторы применяются всюду в радиотехнике и цифровой электронике.

Для задания микроконтроллеру или процессору тактовой частоты, ему всегда необходим генератор тактовой частоты, на который он мог бы надежно опереться, и генератор этот всегда нужен высокочастотный и при том высокоточный. Здесь то и приходит на помощь кварцевый резонатор. Конечно, в некоторых применениях можно обойтись пьезокерамическими резонаторами с добротностью 1000, и таких резонаторов достаточно для электронных игрушек и бытовых радиоприемников, но для более точных устройств необходим кварц.

В основе работы кварцевого резонатора — пьезоэлектрический эффект, возникающий на кварцевой пластинке. Кварц представляет собой полиморфную модификацию диоксида кремния SiO2, и встречается в природе в виде кристаллов и гальки. В свободном виде в земной коре кварца около 12%, кроме того в виде смесей в составе других минералов также содержится кварц, и в общем в земной коре более 60% кварца (массовая доля).

Для создания резонаторов подходит низкотемпературный кварц, обладающий ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами. Химически кварц весьма устойчив, и растворить его можно лишь в гидрофторидной кислоте. По твердости кварц превосходит опал, но до алмаза не дотягивает.

При изготовлении кварцевой пластинки, от кристалла кварца под строго заданным углом вырезают кусочек. В зависимости от угла среза полученная кварцевая пластинка будет отличаться по своим электромеханическим свойствам.

От типа среза зависит многое: частота, температурная стабильность, устойчивость резонанса и отсутствие либо наличие паразитных резонансных частот. На пластинку затем наносят с обеих сторон по слою металла, коим может быть никель, платина, серебро или золото, после чего жесткими проволочками крепят пластинку в основание корпуса кварцевого резонатора. Последний шаг — корпус герметично собирают.

Так получается колебательная система, обладающая собственной резонансной частотой, и кварцевый резонатор, полученный таким образом, обладает собственной резонансной частотой, определяемой электромеханическими параметрами.

Теперь если приложить к металлическим электродам пластики переменное напряжение данной резонансной частоты, то проявится явление резонанса, и амплитуда гармонических колебаний пластинки весьма значительно возрастет. При этом сопротивление резонатора сильно понизится, то есть процесс аналогичен происходящему в последовательном колебательном контуре. В силу высокой добротности такого «колебательного контура», энергетические потери при его возбуждении на резонансной частоте пренебрежимо малы.

На эквивалентной схеме: C2 – статическая электроемкость пластинок с держателями, L – индуктивность, С1 — емкость, R – сопротивление, отражающие электромеханические свойства установленной пластинки кварца. Если убрать монтажные элементы, останется последовательный LC-контур.

В процессе монтажа на печатную плату, кварцевый резонатор нельзя перегревать, ведь конструкция его довольно хрупка, и перегрев может привести к деформации электродов и держателя, что непременно отразится на работе резонатора в готовом устройстве. Если же разогреть кварц до 5730°C, он вовсе утратит свои пьезоэлектрические свойства, но, к счастью, нагреть элемент паяльником до такой температуры невозможно.

Обозначение кварцевого резонатора на схеме похоже на обозначение конденсатора с прямоугольником между пластинами (кварцевая пластинка), и с надписью «ZQ» или «Z».

Часто причиной повреждения кварцевого резонатора является падение или сильный удар устройства, в котором он установлен, и тогда необходимо заменить резонатор на новый с той же резонансной частотой. Такие повреждения свойственны малогабаритным приборам, которые легко уронить. Однако, по статистике, подобные повреждения кварцевых резонаторов встречаются крайне редко, и чаще неисправность прибора оказывается вызвана иной причиной.

Чтобы проверить кварцевый резонатор на исправность, можно собрать небольшой пробник, который поможет не только убедиться в работоспособности резонатора, но и увидеть его резонансную частоту. Схема пробника представляет собой типичную схему кварцевого генератора на одном транзисторе.

Включив резонатор между базой и минусом (можно через защитный конденсатор на случай короткого замыкания в резонаторе), остается измерить частотомером резонансную частоту. Эта схема подойдет и для предварительной настройки колебательных контуров.

Когда схема включена, исправный резонатор станет способствовать генерации колебаний, и на эмиттере транзистора можно будет наблюдать переменное напряжение, частота которого будет соответствовать основной резонансной частоте тестируемого кварцевого резонатора.

Подключив к выходу пробника частотомер, пользователь сможет наблюдать эту резонансную частоту. Если частота стабильна, если небольшой нагрев резонатора поднесенным паяльником не приводит к сильному уплыванию частоты, то резонатор исправен. Если же генерации не будет, или частота будет плавать или окажется совсем другой, чем должна быть для тестируемого компонента, то резонатор неисправен, и его следует заменить.

Данный пробник удобен и для предварительной настройки колебательных контуров, в этом случае конденсатор C1 обязателен, хотя при проверке резонаторов его можно из схемы исключить. Контур просто подключается вместо резонатора, и схема начинает генерировать колебания аналогичным образом.

Пробник собранный по приведенной схеме замечательно работает на частотах от 15 до 20 МГц. Для иных диапазонов вы всегда можете поискать схемы в интернете, благо их там много, как на дискретных компонентах, так и на микросхеме.

Ранее ЭлектроВести писали, что солнечная фотоэлектрическая и материковая ветроэнергетика в настоящее время являются самыми дешевыми типами генерации электроэнергии (если рассматривать новые электростанции) на большей части планеты, где сосредоточено две трети населения, 71% мирового ВВП и 85% производства электроэнергии. Кроме того, в регионах, импортирующих газ, таких как Европа, Китай или Япония, аккумуляторные батареи являются самой дешевой технологией для пиковых мощностей. Такие выводы содержатся в новом исследовании компании BloombergNEF (BNEF).

По материалам: electrik.info.

Кварцевые генераторы. Где их применяют и зачем нужны | Электронные схемы

кварцевые генераторы

кварцевые генераторы

На некоторых платах от цифровой электроники,иногда в сотовых телефонах и видеокартах,можно увидеть деталь с четырьмя выводами,ее название- кварцевый генератор.Этот генератор вырабатывает сигнал,синусоиду и возможно прямоугольный сигнал на определенной частоте и этот сигнал очень стабилен.Генератор является «сердцем» цифровой электроники,от его сигнала зависит работа процессора и всего электронного устройства.Генераторы могут быть выполнены внутри процессора или микроконтроллера,или иметь внешнее исполнение,как герой статьи.

кварцевый генератор на плате возле процессора

кварцевый генератор на плате возле процессора

Генераторы имеют разные корпуса,на них как правило указывают рабочую частоту сигнала на выходе генератора. Распиновку деталей вы видите на фото,один из четырех выводов остается свободным.Назначение этого вывода надо смотреть в даташите на деталь.Если генератор указан как VCXO,то подавая на этот вывод разное напряжение мы можем изменять частоту сигнала на выходе генератора.На фото самый нижний генератор в черном корпусе,этот четвертый вывод служит для включения и выключения генератора,подавая минус питания на этот вывод через сопротивление.

распиновка кварцевых генераторов

распиновка кварцевых генераторов

Внутри такие генераторы содержат кварцевый резонатор,который выполнен в виде пластинки и генератор,который может быть выполнен на микросхеме как на фото.

Основные характеристики генератора: температурный диапазон работы,стабильность частоты,напряжение питания,ток нагрузки мА,уровень выходного напряжения,нагрузочная способность выхода в пФ.

внутри кварцевого генератора есть микросхема и кварцевый резонатор

внутри кварцевого генератора есть микросхема и кварцевый резонатор

На фото сигнал на выходе генератора в квадратном металлическом корпусе,это при питании 3.7В.

сигнал на выходе генератора-синусоида и очень стабильная

сигнал на выходе генератора-синусоида и очень стабильная

Такие генераторы,частота которых задается и стабилизируется кварцевым резонатором,можно выполнить и самим на недорогих микросхемах,таких как К155ЛА3 по схеме как на фото.

кварцевый генератор на микросхеме к155ла3

кварцевый генератор на микросхеме к155ла3

Проверял работу генератора с кварцевым резонатором на частоту 10 МГц.На выводе 6 сигнал будет синусоида с частотой резонатора,это при питании 5 В.

сигнал на выходе генератора на микросхеме к155ла3

сигнал на выходе генератора на микросхеме к155ла3

кварцевых генераторов | Renesas

Программируемые кварцевые генераторы (XO) Renesas разработаны для максимальной гибкости, короткого времени выполнения и минимизации одноразовых инженерных усилий. Наши семейства XO предлагают источники тактовых импульсов с низким уровнем джиттера, включая типичный среднеквадратичный фазовый джиттер до 120 фс, программируемую частоту до 2,1 ГГц и поддерживают различные уровни производительности, типы выходов, стабильности, входного напряжения, корпусов, конфигураций выводов и температурных классов.

Кварцевые генераторы Renesas предлагаются с различными частотами, уровнями производительности, типами выходов, стабильностью, входным напряжением, корпусом, конфигурацией контактов и температурным классом.Используйте форму ниже, чтобы настроить устройство в соответствии со своими потребностями.

Отправить по номеру детали

Пользователи, которые хотят отправить запрос и создать дополнение к техническому описанию на основе номера детали, могут сделать это здесь. Номер детали должен быть действительным номером детали. Запись здесь переопределит выбор в общей конфигурации выше. Оставьте это поле пустым, чтобы использовать выбранные выше варианты.

ИЛИ: Общая конфигурация

Джиттер Типичные характеристики джиттера, интегрированные в диапазоне от 12 кГц до 20 МГц.

Упаковка Комплект устройства определяется номинальной шириной и длиной.

Тип выхода Тип выходного сигнала.

Voltage Напряжение питания кварцевого генератора.

Frequency (MHz) Фиксированная выходная частота в МГц.

Мин .: 0,016

Макс .: 1500

OE Position Определяет физическое положение вывода включения / выключения (E / D).

Stability Общая стабильность устройства, выраженная в миллионных долях.

Temperature Определяет температурный класс устройства.

Информация о проекте

Комментарии / Особые пожелания

Отправляя эту форму, вы соглашаетесь, что Renesas может передавать всю или часть вышеуказанной информации, данных и / или документов, представленных вами внутри группы Renesas и третьим лицам, например, дистрибьюторам, с целью предоставления вам дополнительной информации и услуг. связанных с нашими продуктами.Если вы не хотите, чтобы Renesas делился вашей информацией, не нажимайте кнопку отправки. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашей Политикой конфиденциальности для получения дополнительной информации.

Программируемые тактовые генераторы ProXO

Серия Renesas ProXO, включая семейства устройств XT / XP / XF, разработана для центров обработки данных, оптических и проводных сетей связи и промышленного оборудования, требующего очень малошумных, стабильных и точных источников синхронизации. Типичный фазовый джиттер составляет 120 фс в полосе частот от 12 кГц до 20 МГц.Устройства доступны в широком диапазоне частот от 15 МГц до 2100 МГц с размерами корпуса до 2,0 мм x 2,5 мм.

Семейство XP / XF обладает стабильностью до ± 25ppm для -40 ° C до +85 ° C и ± 50ppm для -40 ° C до +105 ° C. Для еще большей устойчивости мы рекомендуем семейство XT; со встроенной технологией TCXO, XT предлагает ± 3ppm в диапазоне от -40 ° C до +85 ° C. Короткое время выполнения заказа, низкий уровень шума, широкий частотный диапазон, отличные характеристики окружающей среды и минимальные инженерные усилия для включения этого в вашу конструкцию делают устройства XT / XF / XP отличным выбором по сравнению с другими технологиями.

Высокопроизводительные тактовые генераторы XL, XA (автомобильная промышленность) и XU

Кварцевые генераторы Renesas XL, XA (соответствует AEC-Q200) и XU доступны с выходами HCMOS, LVPECL, LVDS и HCSL. Семейства XU и XL / XA имеют типовые значения 300fs и 750fs. Среднеквадратичное фазовое дрожание (12 кГц — 20 МГц) соответственно. Предлагаются устройства с вариантами стабильности частоты ± 20 ppm, ± 25 ppm, ± 50 ppm или ± 100 ppm и коротким временем выполнения для пользовательских частот от 16 кГц до 1,5 ГГц. Эти продукты содержат стандартные отраслевые пакеты (3.2 мм x 2,5 мм, 5 мм x 3,2 мм, 7 мм x 5 мм) и выводы. Эти продукты обладают характеристиками, ценой и доставкой, чтобы удовлетворить ваши требования к дизайну. Приложения включают в себя: сеть, систему технического зрения, информационно-развлекательную систему, связь, ввод-вывод данных, хранилище и серверы.

Малошумящие кварцевые генераторы малой мощности

Кварцевые генераторы Renesas — это маломощные кварцевые генераторы, которые можно использовать в стандартных корпусах кварцевых генераторов 5 мм x 7 мм. Характеристики фазового шума кварцевых генераторов Renesas позволяют использовать их в качестве опорных часов для приложений, чувствительных к фазовому шуму.Генераторы с низким энергопотреблением идеально подходят для генерации тактовых импульсов, где опорные тактовые генераторы с низким фазовым шумом увеличивают дальность передачи или уменьшают частоту ошибок по битам и ошибки преобразования в линиях передачи данных. Дополнительные примеры использования приложений можно найти в беспроводной инфраструктуре радио и блоках обработки основной полосы частот, высокоскоростной синхронизации SerDes (например, S-RIO 1.3 и 2.1), PCI Express® поколения 1, 2 и 3, различных интерфейсах Ethernet (Gigabit Ethernet, XAUI и 10Gbit Ethernet), оптические интерфейсы в приложениях SDH / SONET (OC-12, OC-48 и OC-192) и для управления устройствами DAC / ADC в измерительных приложениях.

Ключевые критерии выбора для ИС кварцевого генератора

В то время как физические следы имеют тенденцию к стандартизации, микросхемы кварцевых генераторов предлагают различные функции и уровни производительности. Ключевые атрибуты включают:

  • Тип выхода: это сигнальный тип выхода, который требуется для схемы кварцевого генератора. Renesas предлагает CML, HCMOS, LVCMOS, HCSL, LVDS и LVPECL.
  • Диапазон выходной частоты: допустимый диапазон выходных частот.Renesas предлагает кварцевые генераторы для частотных потребностей всех популярных приложений.
  • Напряжение ядра: напряжение питания, используемое для питания устройства. Обычно это определяется шинами питания, доступными в системе, и часто влияет на уровни выходного напряжения. Генераторы малой мощности Renesas предлагаются в вариантах 1,8, 2,5 и 3,3 В.
  • Фазовое дрожание: определяется как нежелательное отклонение от идеального периодического сигнала синхронизации.Генераторы Renesas с низким энергопотреблением обеспечивают типичный среднеквадратичный фазовый джиттер до 120 фс, интегрированный на частотах от 12 кГц до 20 МГц для высокопроизводительных приложений.

О замене кварцевых генераторов и кварцевых генераторов

Кварцевый генератор (или тактовый генератор) использует механический резонанс вибрирующего кристалла или пьезоэлектрического материала для создания электрического сигнала с точной частотой. Эта частота обычно используется для обеспечения стабильного тактового сигнала для цифровых интегральных схем в системе.Наиболее распространенным типом пьезоэлектрических резонаторов является кристалл кварца. В общем, схема кварцевого генератора поддерживает колебания, принимая сигнал напряжения от резонатора, усиливая его и возвращая обратно в резонатор. Когда энергия генерируемой выходной частоты соответствует потерям в цепи, колебания могут поддерживаться. Renesas предлагает тысячи устройств синхронизации (например, кварцевых генераторов / тактовых генераторов) для удовлетворения потребностей большинства приложений.

Crystal Oscillator — обзор

9.2 Кварцевые кварцевые генераторы

Кварцевые кварцевые генераторы имеют долгую историю, связанную с процессами испарения. Используемые датчики были легко адаптированы к сверхвысокому давлению, и теперь они широко используются для мониторинга и управления потоком в электронно-лучевых испарителях систем МПЭ, а иногда и в других приложениях МПЭ.

Работа основана на измерении изменения частоты колебаний в сдвиговом режиме плоско-вогнутой кварцевой пластины по мере того, как она нагружается отложениями. [180] Рассмотрение кристалла как одномерного составного резонатора из кварца и осадка приводит к выражению, связывающему толщину покрытия, d, , с частотой колебаний посредством:

Eq.(5) d = A × Po × tan −1 [B × tan (3.142) (1 — P / P o )]

, где ρ и p o — периоды колебаний нагруженный и разгруженный кристалл соответственно, A и B — параметры, зависящие от осадка, связанные с плотностью и акустическим импедансом кварца и материала осадка. Квартовые кварцевые генераторы измеряют общую толщину осажденного материала и определяют скорость дифференцированием; они не являются настоящими регуляторами скорости и поэтому более подвержены шуму.

Из приведенного выше уравнения можно установить зависимость материала от чувствительности. Например, принимая типичную частоту ненагруженного кристалла 6 МГц и вводя соответствующие параметры материала, чувствительность для Si, Mo и Pt составляет 0,44, 0,1 и 0,05 Å Гц 1 соответственно. Чувствительность возрастает в первую очередь с увеличением плотности наплавленного материала. По мере нагружения кристалла чувствительность уменьшается, например, до 0,53 À Гц -1 для Si на частоте 5 МГц.Становятся доступными улучшения чувствительности, поскольку более сложные методы подсчета предлагают разрешение измерений лучше, чем изменение частоты 1 Гц. [181]

Кажущаяся чувствительность детектора в первую очередь определяется относительными расстояниями сенсора и подложки от источника. Этот параметр, коэффициент оснастки , можно приблизительно установить путем измерения этого отношения и точно настроить путем сравнения ожидаемой и измеренной толщины пленок.Достижение высокой кажущейся чувствительности путем размещения источника и датчика близко друг к другу затруднено из-за других факторов. Во-первых, параметры материала и, следовательно, частота колебаний сильно чувствительны к температуре. Поэтому кристаллы устанавливаются в узлы с водяным охлаждением, которые могут быть заключены в отражающие кожухи с небольшим отверстием в центре грани кристалла, на которую воздействует поток. При использовании плоско-выпуклых кристаллов в результате ограничения области осаждения на кристалл не происходит снижения чувствительности или снижения производительности. [182] Второй компромисс в отношении увеличения кажущейся чувствительности заключается в том, что общая измеряемая толщина уменьшается с уменьшением расстояния от источника (как 1 / D 2 ) из-за возможной перегрузки кристалла. Перегрузка может произойти либо из-за прекращения колебаний, либо из-за того, что изменение частоты превысило допустимое по приведенному выше уравнению. Предел перегрузки по толщине сильно различается для разных материалов, но особенно ограничен в случае Si (разрушение происходит всего через несколько микрон, по сравнению со сроками службы заряда, превышающими 80 мкм).Обеспечение избыточности за счет включения двух или более кристаллов или блокировки нагрузки имеет ограниченное значение в этом случае из-за трудностей с заменой кристаллов во время процесса. С другой стороны, этот подход чрезвычайно эффективен для многих металлов (Mo, Cu, Pt, Al и т. Д.), Поскольку время жизни кристаллов значительно лучше соотносится со сроком службы источника, а в некоторых случаях даже превышает его.

Контроллеры кварцевых генераторов также обеспечивают сложное управление процессом наплавки, толщину наплавки, циклы нагрева и охлаждения электронно-лучевого испарителя, работу заслонки и многопленочное программирование.Однако для приложений MBE эти функции управления процессом обычно предоставляются управляющим компьютером.

Исследование границы повреждения кварцевых генераторов в ударной среде

Кварцевый генератор — это широко используемый электронный компонент в цепи, точность которого сильно зависит от внешней механической среды. Для описания механизма отказа кварцевого генератора в данной статье экспериментально исследуется граница повреждения этого компонента в ударной среде.Посредством «повышающих» нагрузок на различные группы кварцевых генераторов отслеживаются и подтверждаются два режима отказа (скачок частоты и структурное разрушение). Экспериментальные результаты доказывают, что режим отказа «скачкообразной частоты» определяется значением спектра реакции на ударный удар при ускорении (ASRS) в определенном диапазоне частот, в то время как режим отказа «структурное разрушение» регулируется пиковым значением ASRS. Путем анализа спектра реакции на ударную нагрузку устанавливаются границы повреждений для этих двух видов отказа, которые могут служить ориентиром для проектирования компонентов и оценки отказов.

1. Введение

В качестве важного электрического компонента кварцевый генератор генерирует сигнал на стабильной частоте, которая обеспечивает базовую синхронизацию для всей схемы [1]. Этот механизм широко используется в различных областях, таких как наблюдение, связь, навигация, аэронавтика и космонавтика [1]. Кристаллическая пластина является стержневой структурой кварцевого генератора, которая легко подвергается воздействию внешней ударной среды [2, 3]. Динамические характеристики кристаллической пластины изменятся, и в ударной среде может произойти структурное повреждение, что приведет к аномальному выходному сигналу, что серьезно повлияет на надежность кварцевого генератора.

В настоящее время динамический отклик кварцевого генератора в ударной среде привлекает большое внимание. Ли и др. [4] выбрали два типа кварцевых генераторов для ударных экспериментов, и результаты показали, что внутренняя структура кварцевого генератора напрямую влияет на его ударопрочность. Характеристики кристаллической пластины, размещенной параллельно направлению распространения волны напряжения, были лучше, чем характеристики пластинки, перпендикулярной направлению распространения волны напряжения.Qi et al. [2] изучили обычный кварцевый генератор, установив модель динамического отклика на удар и учитывая эквивалентные характеристики преобразования электроэнергии, а затем механизм отказа кварцевого генератора в ударной среде был качественно проанализирован и подтвержден экспериментально. Сюй [3] проанализировал механизм ударного разрушения кварцевого генератора в эксперименте Хопкинсона, и результаты показали, что кристаллическая пластина может сломаться при сильном ударе ускорения, что приведет к неизбежному отказу кварцевого генератора.

Граница повреждения относится к огибающей спектра ударной реакции, которая вызывает критический отказ кварцевого генератора. В настоящее время большое внимание уделяется исследованию границы разрушения конструкций в ударной среде. Исследователи экспериментально исследовали границу разрушения металлической балки при равномерно распределенных ударных нагрузках [4–6]. На основании этих исследований Jones et al. [7] предложили критерии отказа путем теоретического анализа жесткой пластичности балки.Шен и Джонс [8] предложили критерий оценки плотности энергии жесткопластической конструкции. Wen et al. [9–11] исследовали разрушение неподвижной балки и круглой пластины в ударной среде и предложили границу повреждения, определяемую квазистатической эквивалентной энергией. Однако из-за сложности конструкции кварцевого генератора эти результаты нельзя применить напрямую.

На основе разрушения при высоком напряжении, псевдскорость использовалась для обозначения границы повреждения конструкций [12–15].Граница разрушения псевдоскоростного типа учитывает, что если максимальные реакции конструкции на псевдоскоростные скорости одинаковы, то уровень напряжения и повреждение конструкции эквивалентны; даже внешние ударные нагрузки совершенно разные [16–19]. Габерсон и Чаплер [20] использовали различные типы ударных нагрузок для проведения экспериментов на ветряной турбине, которые доказали, что реакция на псевдоскоростном режиме может эффективно характеризовать интенсивность ударной среды. Если максимальный отклик на псевдскорости достигнет критического значения, произойдет отказ вентиляторов турбины; даже реакции на ускорение совершенно разные.Однако предпосылка использования границы разрушения псевдоскоростного типа заключается в том, что преобладающая частота возбуждения скачка уплотнения близка к собственной частоте конструкции. Если собственная частота структуры сильно отличается от доминирующей частоты ударного возбуждения, эта теория больше не будет применима [21].

Вид отказа и граница повреждения кварцевого генератора в ударной среде до сих пор не ясны. Чтобы гарантировать надежность и приспособляемость электронных устройств к окружающей среде, необходимо изучить механизм отказа и построить критерий отказа кварцевого генератора.В этой статье установлена ​​упрощенная механическая модель, основанная на принципе работы кварцевого генератора. Динамический отклик и граница повреждения в ударной среде устанавливаются и дополнительно проверяются с помощью ударных экспериментов, которые могут служить ориентиром для проектирования электронных устройств.

2. Механизм отказа кварцевого генератора
2.1. Режим отказа 1: скачок частоты

В нормальных условиях выходная частота кварцевого генератора постоянна.При наличии ударного возбуждения выходная частота может «прыгать» и влиять на работу генератора.

Структура кварцевого генератора показана на рисунке 1; К кристаллической пластине прикреплены два металлических электрода. Внешний контур управления переводит кристаллическую пластину в неустойчивое равновесие. Благодаря положительной обратной связи в системе любая крошечная доля шума будет усилена, увеличивая колебания. Пьезоэлектрический резонанс возникает на кристаллической пластине, когда частота переменного напряжения близка к собственной частоте кристаллической пластины, как показано на рисунке 2.



Кварцевый генератор, работающий на частоте, связанной с пьезоэлектрическим резонансом. Поскольку осциллятор усиливает сигналы вибрации кристаллической пластины, как показано на Рисунках 3 (a) и 3 (b), рабочая частота кварцевого генератора не изменяется при внешнем возбуждении, которое относительно слабее, чем резонансная вибрация кварцевого резонатора. осциллятор.

Но когда энергия внешнего возбуждения достаточно высока, шумовая вибрация кристаллической пластины не будет фильтроваться, и тогда частота выходного сигнала изменится.В этих условиях в выходном сигнале будет отслеживаться «скачок частоты».

Как показано на рисунке 4, рабочая частота генератора будет меняться в зависимости от доминирующей частоты отклика, вызванного внешним ударным возбуждением. Следовательно, критерий повреждения, соответствующий этому виду отказа, может быть выражен как

. Следует отметить, что отказ «скачкообразной частоты» является исправимым, поскольку структурные повреждения не возникают на кристаллической пластине.Выходная частота вернется к норме, когда внешнее ударное возбуждение будет прекращено, как показано на Рисунке 5.


2.2. Тип отказа 2: Разрушение конструкции

Когда внешнее ударное возбуждение достаточно велико, на кристаллической пластине будет создаваться высокое напряжение, ведущее к повреждению конструкции.

Как показано на рисунке 6, соотношение между максимальным напряжением на кристаллической пластине и относительным ускорением может быть выражено как где и обозначать плотность и момент инерции кристаллической пластины, соответственно.обозначает ускорение относительно основания пластины, которое вызывает силу инерции кристаллической пластины.


Тогда граница повреждения, связанная со структурным разрушением, может быть выражена как

Из уравнения (2) можно получить, что высокое напряжение кристаллической пластины связано с геометрическим профилем, граничным условием и пиком значение относительного ускорения. Относительное ускорение может быть представлено как спектр ускоряющего удара (ASRS) фундамента.Отсюда можно сделать вывод о том, что структурное разрушение кристаллической пластинки обусловлено ASRS ударного возбуждения.

3. Проверка эксперимента
3.1. Схема эксперимента

Чтобы учесть неопределенность различных образцов, восемь кварцевых генераторов закреплены на одной печатной плате (PCB), равномерно распределяясь, как показано на рисунке 7.


Две группы нагрузок разработаны и приложены к двум различные печатные платы: плата C1 и плата C2, чтобы исследовать влияние различных частот перегиба на отказ кварцевого генератора.Ударные нагрузки прикладываются к образцу через устройство «газовая пушка», как показано на рисунке 8.


Чтобы определить критическую границу разрушения кварцевых генераторов, ударные нагрузки рассчитываются как «повышающие» с возрастающая тенденция, как указано в таблицах 1 и 2.

9018 9018 9018 9018 9018 700 Шаг 11 .11

Шаг нагружения Частота перегиба (Гц) Пиковое ускорение (g) Пиковая псевдскорость193 (м / с) 90

Шаг 1 700 500 1.12
Шаг 2 700 1500 3,36
Шаг 3 700 2500 5.60
Шаг 4 9018 9019 9018 9018 9018 9018 Шаг 5 700 4500 10.08
Шаг 6 700 5500 12.32
Шаг 7 700 6500 14.56
Шаг 8 700 7500 16.80
Шаг 9 700 8500 19.04
700 11000 24,63
Шаг 12 700 12000 26,87
Шаг 13 700 13000

9018 9018 9018 9018 9018 9018 2000 Шаг 7 60

Шаг нагружения Частота перегиба (Гц) Пиковое ускорение 3

с пиковой скоростью (g) 9019


Шаг 1 2000 1500 1,18
Шаг 2 2000 4000 3,14
9018 8 9018 749
Шаг 4 2000 10000 7,84
Шаг 5 2000 13000 10.19
2000 19000 14,89
Шаг 8 2000 22000 17,24
Шаг 9 2000 25000 19
Шаг 10 2000 28000 21.95
Шаг 11 2000 31000 24.30
9018 9018 9018 9018 9018 Шаг 13 2000 37000 29,00

Псевдоскороты нагрузок в таблице 2 аналогичны значениям в таблице 1, но пиковое ускорение и частоты перегиба отличаются.Этот контраст предназначен для проверки того, определяется ли граница повреждения пиковым спектром реакции на ударную волну при ускорении (ASRS) или пиковым спектром реакции на ударную волну с псевдскоростной скоростью (PVSRS).

3.2. Сбор данных

Четыре датчика ускорения равномерно распределены на печатной плате для отслеживания спектра реакции на ускорение образцов, как показано на рисунке 9. Массовые характеристики датчика приведены в таблице 3.



Название Модель Масса (кг) Геометрический профиль

Датчик ускорения Модель для измерения большой вибрации 21105 0.013 Φ6 мм × 30 мм

Реакция ускорения печатной платы контролируется датчиком во временной области. Эти данные во временной области преобразуются в спектр ударной реакции (SRS) с помощью встроенной программы в оборудование для сбора данных, как показано на Рисунке 10.



Рабочая частота кварцевого генератора контролируется посредством вычисления выборки. на сигнал во временной области, поэтому длина выборки будет ограничивать точность результатов эксперимента.В этом эксперименте длина выборки установлена ​​равной 5 мс, а выходная частота установлена ​​как среднее значение частоты колебаний в диапазоне выборки. Таким образом, отклонение выходной частоты, отслеживаемое во время процесса ударной нагрузки, будет мгновенным, а не непрерывным изменением.

Следует отметить, что масса датчика ускорения мало влияет на результаты эксперимента. Датчики ускорения и печатная плата рассматриваются в эксперименте как единое целое.Хотя пиковое ускорение варьируется в большом диапазоне, отслеживаемый отклик кварцевого генератора включает отклик датчика. Ошибка измерения, вызванная датчиком ускорения, происходит из следующих двух аспектов: (1) Масса датчика ускорения оказывает определенное влияние на динамические характеристики печатной платы. Путем модального анализа печатной платы с датчиками было обнаружено, что влияние массы датчика на печатную плату в основном сосредоточено в диапазоне 1400 Гц ~ 2500 Гц, как показано в таблице 4.Эта частота сильно отличается от собственной частоты кварцевого генератора. Однако основной целью данного исследования является определение границы разрушения электронных компонентов в ударной среде. Следовательно, разница, вызванная массой датчика, не влияет на режимы отказа или границу повреждения кварцевого генератора, если ударная среда измеряется точно. В этом исследовании выбранные датчики калибруются перед испытанием, и реакция на удар, измеряемая датчиками, является достаточно точной (2) В этом исследовании ударные нагрузки с различными доминирующими частотами применяются к печатным платам C1 и C2, чтобы определить, насколько режим отказа кварцевого генератора контролируется ASRS или PVSRS.Во время теста отказы разных кристаллов на каждой плате отслеживаются отдельно. Ошибка теста из-за разных положений установки кристалла не влияет на результаты теста. Во время испытания реакция кварцевого генератора отслеживалась бесконтактным измерением (лазер) и сравнивалась с контрольным значением датчика ускорения, как показано на рисунке 11. Можно видеть, что отклонение между SRS, измеренным датчиком, и бесконтактное измерение не превышает 3 дБ во всем частотном диапазоне (20 Гц ~ 10000 Гц).Таким образом, можно сделать вывод, что отклонение измерения из-за расстояния между датчиком ускорения и кварцевым генератором не влияет на результат эксперимента

4. Результаты и обсуждение
4.1. Результаты эксперимента

Во время эксперимента уровень ударной нагрузки увеличивается до тех пор, пока не произойдет отказ кварцевого генератора. Ударная реакция на печатную плату постепенно увеличивается, как указано в таблицах 5 и 6, и производительность этих кварцевых генераторов контролируется с помощью внешнего испытательного оборудования.

4) и проектом открытия Государственной ключевой лаборатории науки и технологий взрыва (Пекинский технологический институт) (№KFJJ19-04M).

Список SPXO / Простой кварцевый осциллятор (SPXO) / NDK

♦ SPXO — это простейший кварцевый осциллятор без компенсации или контроля температуры за счет комбинации кварцевого блока и колебательного контура. SPXO, особенно небольшие изделия, используемые для часов, представлены на странице Crystal Clock Oscillator (CMOS output).

Многорежимный SPXO

Тип кварцевого генератора, обеспечивающий функцию выбора частоты (включая настраиваемую желаемую частоту с помощью I 2 C) и позволяющий настраивать спецификации (например,g., выходной уровень, напряжение питания).

9018

Модальный порядок Собственная частота (Гц) Модальный тип

1

3 9008 1408

1458
3 rd 1460
4 th 1747
5 th
2342
2342

Шаг 1

Шаг нагружения Частота перегиба (Гц) Пиковая ASRS (г) Пиковая PVSRS (м / с) Результаты испытаний
616 624∼630 1.44∼1,61 N
Шаг 2 695 965∼1079 2,22∼2,48 N
Шаг 3 658 24184000

90 N

Шаг 4 680 3149∼3431 7,67∼8,36 R
Шаг 5 691 4086∼4481 9018 9018 9018 690 4866∼5289 12.69∼13.82 R
Шаг 7 626 6286∼6871 16.88∼18.53 R
Шаг 8 621
Шаг 9 698 8168∼8891 23,67∼26,06 R
Шаг 10 693 693 9438∼11200 9018 27.23 631 12320∼13240 34.21∼35,32 R
Шаг 12 636 13150∼16750 38.03∼42,75 R
Шаг 13 612 134603 9018,46

«N»: нормальный; «R»: восстанавливаемое скачкообразное изменение частоты; «U»: неисправимое отклонение частоты.

: нормальный «R»: восстанавливаемое скачкообразное изменение частоты; «U»: неисправимое отклонение частоты.

9019 9018 9018 9018 9018

Шаг нагрузки Частота перегиба (Гц) Пиковая ASRS (г) Пиковая PVSRS (м / с)
Шаг 1 2255 1432∼1903 1.31∼1,42 N
Шаг 2 2001 2468∼2925 1.81∼2,18 R
Шаг 3 2363 42783,68
Шаг 4 2041 7072∼8042 5,21∼6,14 R
Шаг 5 2512 7918∼9001 5,82∼6 2302 13660∼15880 10.49∼12.19 R
Шаг 7 2373 15380∼21120 12.97∼18.73 U


На плате C1 скачок частоты происходит на кварцевых генераторах (№ 2 и № 4), когда пиковое значение ASRS достигает примерно 2500 g. Количество отказавших генераторов увеличивается с увеличением уровня возбуждения.Когда ASRS достигает примерно 13000 g, на кварцевых генераторах начинает появляться неустранимое отклонение частоты (№ 8 — это первый компонент, на котором происходит неустранимый отказ).

Результаты на плате C2 демонстрируют аналогичную тенденцию: когда пиковое значение ASRS достигает примерно 2500 g, восстанавливаемая частота скачка происходит на одном из восьми кварцевых генераторов (№ 7), а когда ASRS достигает примерно 15000 g, невосстановимая частота на осцилляторах начинает происходить отклонение.

Следует отметить, что здесь есть недостатки.Эксперименты на плате C2 после Step7 не проводятся из-за ограничений устройства «газовая пушка». Кроме того, в эксперименте ударные нагрузки создаются через разомкнутую систему управления; таким образом, невозможно точно контролировать величину нагрузок, особенно когда ASRS превышает 10000 g.

Однако, если проанализировать тенденции изменения результатов эксперимента, эти два режима отказа действительно существуют обычно на обеих платах, то есть скачок частоты и девиация частоты, что хорошо согласуется с теоретическим анализом в этой статье.

4.2. Режим отказа 1: скачок частоты

Во время процесса загрузки в соответствии с таблицей 1 выходные сигналы кварцевых генераторов на плате C1 показаны на рисунке 12, на котором скачки частоты №2 и №4 превышают пороговое значение. Следует отметить, что после процесса ударной нагрузки оба этих кварцевых генератора возвращаются в нормальное состояние.


Во время процесса загрузки с условием, указанным в таблице 2, скачок частоты кристалла No.4 и № 7 на тестовой плате C2 также временно превышает пороговое значение, как показано на рисунке 13.


Когда возникает режим отказа «скачкообразная частота», сравнение ASRS и PVSRS на плате C1 и C2 показано на рисунках 14 и 15 соответственно. Когда возникает этот режим отказа, пиковые значения ASRS и PVSRS различны на тестовых платах C1 и C2, но значение в определенном частотном диапазоне (> 2500 Гц) аналогично (около 2500 g). Таким образом, граница повреждения для этого режима отказа может быть выражена как



Режим отказа кварцевого генератора с «скачкообразной частотой» — это кратковременный отказ в момент удара, а соответствующая граница повреждения определяется значение ASRS в диапазоне частот.Отклик, генерируемый испытательным устройством, имеет более низкую частоту, чем рабочая частота кварцевого генератора, поэтому рабочая частота имеет тенденцию к снижению в момент удара, как показано на Рисунке 13.

4.3. Тип отказа 2: Разрушение конструкции

Когда уровень возбуждения ударом повышается до определенной степени, будет отслеживаться второй режим отказа: выходная частота превышает пороговое значение и не может вернуться в нормальное состояние после процесса нагружения. Выходные сигналы на двух тестовых платах показаны на рисунках 16 и 17.

ASRS и PVSRS, соответствующие режиму неисправимого отказа, показаны на рисунках 18 и 19. Когда возникает этот режим отказа, ASRS на платах C1 и C2 схожи, в то время как PVSRS сильно различаются.



При разрезании образцов после эксперимента было обнаружено, что на кристаллической пластине происходит разрушение, как показано на рисунке 20, что приводит к постоянному отклонению от нормы кварцевого генератора.

Неустранимый отказ вызван высоким уровнем напряжения на кристаллической пластине, а граница повреждения определяется ASRS, которая может быть выражена как

Как показано на рисунке 18, критическое значение ASRS для «неустранимого отклонения частоты» составляет около 13000 г.Режим отказа «неустранимое отклонение частоты» вызван структурным разрушением кристаллической пластины. Как показано на рисунке 19, структурное повреждение кристаллической пластины вызвано высоким напряжением в эксперименте. Как показано в уравнении (2), высокое напряжение в кристаллической пластине связано с геометрическим профилем, граничными условиями и пиковым значением ASRS. Следовательно, режим отказа «неустранимое отклонение частоты» регулируется ASRS, что согласуется с экспериментальными результатами.

4.4. Отказ не регулируется PVSRS

Оба из двух режимов отказа, отслеживаемых в эксперименте, не регулируются PVSRS, что согласуется с теорией границы повреждения, предложенной Ли [21]. Рабочая частота кварцевого генератора 32768 Гц, что намного выше доминирующей частоты внешнего возбуждения. Следует отметить, что внешнее возбуждение, приложенное к кварцевому генератору, является реакцией печатной платы, вызванной ударными нагрузками. Следовательно, ударная среда, передаваемая на кварцевый генератор, содержит доминирующую частоту, связанную с динамическим откликом печатной платы, которая ниже рабочей частоты кварцевого генератора.

5. Заключение

В этой статье установлена ​​механическая модель кварцевого генератора, на основе которой обсуждаются два режима отказа. Граница повреждения проверяется с помощью эксперимента по «повышающей нагрузке». Наблюдаемые в эксперименте виды отказов хорошо согласуются с теоретическим анализом. Анализируя результаты эксперимента, можно сделать следующие выводы: (a) Режим отказа кварцевого генератора с «скачкообразной частотой» определяется ASRS в определенном диапазоне частот, а граница повреждения может быть выражена как (b) Режим разрушения «структурное разрушение» регулируется пиковым значением ASRS, а граница повреждения может быть выражена как (c) Выход из строя кварцевого генератора не регулируется PVSRS, потому что преобладающая частота ударного возбуждения находится далеко. от рабочей частоты кварцевого генератора

Это исследование может предоставить методы для оценки отказов электронных компонентов, а также предоставить справочный материал для исследования структур с динамическим откликом в ударной среде.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Выражение признательности

Настоящая статья была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (№№ 11972377 и 11

Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Общая частота.
Допуск
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Ток
Потребление
(мА)
л Вт H Мин. Макс. [× 10 -6 ] [V CC ] Мин. Макс. Макс.
NP5032S [] 5,0 3,2 1,2 15 2100 PECL
LVDS
CML
± 10
± 20
± 50
+1,8
+2,5
+3,3
-40 +85 100
15 700 HCSL
15 200 КМОП
NP7050S [] 7.0 5,0 1,6 15 2100 PECL
LVDS
CML
± 10
± 20
± 50
+1,8
+2,5
+3,3
-40 +85 100
15 700 HCSL
15 200 КМОП

<Дифференциальный выход> Название модели: Серия NP2520S (Размер: 2.5 × 2,0 × 0,8㎜)
Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Общая частота.
Допуск
л Вт H Мин. Макс. [V CC ] Мин. Макс. [× 10 -6 ]
NP2520SA 2,5 2,0 0,8 100 170 LVPECL +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50
НП2520СБ 2,5 2.0 0,8 100 170 LVDS +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50

<Дифференциальный выход с низким фазовым дрожанием> Название модели: Серия NP2520SxB (Размер: 2,5 × 2,0 × 0,8㎜)
Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Общая частота.
Допуск
л Вт H Мин. Макс. [V CC ] Мин. Макс. [× 10 -6 ]
НОВЫЙ
NP2520SAB
2,5 2,0 0,8 100 170 LVPECL +2.5 / +3,3 -40 +85 ± 50
NP2520SBB 2,5 2,0 0,8 100 170 LVDS +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50

<Дифференциальный выход> Название модели: Серия NP3225S (Размер: 3,2 × 2,5 × 0,9 дюйма)
Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Общая частота.
Допуск
л Вт H Мин. Макс. [V CC ] Мин. Макс. [× 10 -6 ]
NP3225SA 3.2 2,5 0,9 100 220 LVPECL +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50
-40 +105
НП3225СБ 3,2 2,5 0,9 50 220 LVDS +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50
-40 +105
NP3225SC 3.2 2,5 0,9 100 175 HCSL +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50
-40 +105

<Дифференциальный выход с низким фазовым дрожанием> Название модели: Серия NP3225SxB (Размер: 3,2 × 2,5 × 0,9㎜)
Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Общая частота.
Допуск
л Вт H Мин. Макс. [V CC ] Мин. Макс. [× 10 -6 ]
NP3225SAB 3.2 2,5 0,9 100 170 LVPECL +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50
NP3225SBB 3,2 2,5 0,9 100 170 LVDS +2,5 / +3,3 -40 +85 ± 50

<Дифференциальный выход высокоточного типа> Название модели: Серия NP3225SxD (Размер: 3.2 × 2,5 × 0,9㎜)
Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Общая частота.
Допуск
л Вт H Мин. Макс. [V CC ] Мин. Макс. [× 10 -6 ]
НОВЫЙ
NP3225SAD
3,2 2,5 0,9 100 156,25 LVPECL +3,3 -40 +85 ± 25
НОВЫЙ
NP3225SBD
3,2 2,5 0,9 100 156.25 LVDS +3,3 -40 +85 ± 25
НОВЫЙ
NP3225SCD
3,2 2,5 0,9 100 156,25 HCSL +3,3 -40 +85 ± 25

<Дифференциальный выход> Название модели: Серия NP5032S (Размер: 5.0 × 3,2 × 1,2㎜)
Название модели Упаковка
Размер
(мм)
Номинал
Част.
Диапазон
(МГц)
Выход
Спецификация
Питание
Напряжение
(В)
Рабочая температура.
Диапазон
(° C)
Общая частота.
Допуск
л Вт H Мин. Макс. [V CC ] Мин. Макс. [× 10 -6 ]
NP5032SA 5,0 3,2 1,2 100 170 LVPECL +2,5 / +3,3 0 +70 ± 25
0 +85 ± 50
-40 +85 ± 100
NP5032SB 5.0 3,2 1,2 100 170 LVDS +2,5 / +3,3 0 +70 ± 25
0 +85 ± 50
-40 +85 ± 100
NP5032SC 5,0 3,2 1,2 100 170 HCSL +2.5 / +3,3 0 +70 ± 25
0 +85 ± 50
-40 +85 ± 100

Технические характеристики, описанные на этом сайте, могут быть изменены без предварительного уведомления с целью улучшения.
Для получения дополнительной информации, такой как «Пайка оплавлением», «Меры предосторожности при использовании» и т. Д., Обратитесь к Примечаниям по применению.

Электронные компоненты: генераторы | Suntsu Electronics

SXO11C CMOS 1.6X1.2 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (4PAD) ОСЦИЛЛЯТОР ± 20ppm 1.8V, 2.5V, 3.3V 1.000MHz Ultra — Миниатюрный корпус
SXO21C CMOS 2.0X1.6 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (4PAD) ± 20ppm 1.8V, 2.5V, 3.3V 1.000MHz — 60.000MHz 3K Ультра-миниатюрный корпус
SXO22C CMOS 2.5X2.0 CERAMIC SMD (4PAD) 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В 32,768 кГц, 1.000 МГц — 110.000 МГц 3K Ультра-миниатюрный корпус
SQG22C CMOS SMILL 6CERPAM (CERPAM) ± 20 частей на миллион 2.5 В, 3,3 В 8,000 МГц — 250,000 МГц 3K Запрограммированный генератор, низкий джиттер
SQG22P LVPECL 2,5X2.0 CERAMIC SM3D V, 3,3 В 8,000 МГц — 1500,000 МГц 3K Программируемый осциллятор, низкий уровень джиттера
SQG22L LVDS 2,5X2,0 CERAMIC SMD (6PAD 2019) 2 .5 В, 3,3 В 8,000 МГц — 1500,000 МГц 3K Программируемый генератор, низкий уровень джиттера
SXO32C CMOS 3,2X2,5 CERAMIC SMILL18 3PAD 9018 9019 9018 V, 2,5 В, 3,3 В 32,768 кГц, 1,000 МГц — 133,000 МГц 3K Ультра-миниатюрный корпус
SUO32P LVPECL 3,2X2,5 CERAMADIC3 ± 20 частей на миллион 3.3V 80,000 — 170,000MHz 3K Сверхнизкий джиттер
SUO32L LVDS 3.2X2.5 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) ОСЦИЛЛЯТОР

9 9018 МГц LVPECL LVPECL 6PAD) ОСЦИЛЛЯТОР V 9018 6PAD) ОСЦИЛЛЯТОР .000 — 170,000 МГц 1K LV193 9018 SQG758 X5.0 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (6PAD) .0X5.0 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (4PAD)
3K Сверхнизкий джиттер
SQG32C CMOS 3,2X2,5 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) ОСЦИЛЛЯТОР ± 20ppm

2,5 В, 3,3 250 В000MHz 3K Миниатюрный корпус, быстрый поворот, низкий уровень джиттера, широкий диапазон частот
SQG32P LVPECL 3.2X2.5 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) ОСЦИЛЛЯТОР м ± 20183 V 8.000МГц — 1500.000МГц 3K Миниатюрный корпус, быстрый поворот, низкий джиттер, широкий диапазон частот
SQG32L LVDS 3.2X2.5 CERAMIC SMILL 9018 ± 9019 20 стр / мин 2.5V, 3.3V 8.000MHz — 1500.000MHz 3K Миниатюрный корпус, быстрый поворот, низкий уровень джиттера, широкий диапазон частот
SXO53C CMOS 5.0X3.2 CERAMADIC SMD ( ± 20ppm 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В 32,768 кГц, 1,000 МГц — 160,000 МГц 1K Миниатюрный корпус
SXO53P ± 20ppm 2.5 В, 3,3 В 20,000 МГц — 160,000 МГц 1K Низкий джиттер
SXO53L LVDS 5,0X3,2 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) 20,000 МГц — 160,000 МГц 1K Низкий джиттер
SXO53H HCSL 5,0X3,2 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) 9018 25ppm (6PAD) 100 МГц, 125 МГц 1K Низкий джиттер, миниатюрный корпус
SUO53P LVPECL 5.0X3.2 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (6PAD) ± 20ppm 3,3 В 80,0000–170,000 МГц 1K Сверхнизкий джиттер
SUO53L SMD ± 20ppm 3,3 В 80,0000 — 170,000 МГц 1K Сверхнизкий джиттер
SQC53C CMOS CMOS 20 стр. / Мин 3.3V, 5.0V 1.000MHz — 133.000MHz 1K Quick Turn, программируемый осциллятор
SQG53C CMOS 5.0X3.2 CERAMIC SMD V, 3,3 В 8,000 МГц — 250,000 МГц 1K Программируемый осциллятор, низкий уровень джиттера
SQG53P LVPECL 5,0X3,2 CERAMIC SMILL 9018 9019 ± 3,2 .5 В, 3,3 В 8,000 МГц — 1500,000 МГц 1K Запрограммированный осциллятор, низкий джиттер
SQG53L LVDS 5,0X3,2 CERAMIC SMILL 183 ± 5 мГц 9018 V, 3,3 В 10,000 МГц — 800,000 МГц 1K Программируемый генератор, низкий уровень джиттера
SXO75C CMOS 7,0X5,0 CERAMIC SMILL18 1PAD 9019 9019 9019 .8 В, 2,5 В, 3,3 В 32,768 кГц, 1.000 МГц — 200000 МГц 1K Стандартный пакет
SXO75P LVPECL 7.0X5.0 CERAMADIC3 2,5 В, 3,3 В 20,000 — 260,000 МГц 1K Низкий джиттер, широкий диапазон частот.
SXO75L LVDS 7,0X5,0 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (6PAD) ± 20ppm 2.5 В, 3,3 В 20,000 МГц — 260,000 МГц 1K Низкий джиттер, широкий диапазон частот
SXO75H HCSL 7,0X5,0 CERAMIC SMILL 183 9019 9019 2,5 В, 3,3 В 100 МГц, 125 МГц 1K Низкий джиттер
SUO75P LVPECL 7.0X5.0 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) 1K Сверхнизкий джиттер
SUO75L LVDS 7,0X5,0 КЕРАМИЧЕСКИЙ SMD (6PAD) ОСЦИЛЛЯТОР ± 20ppm Сверхнизкий джиттер
SQG75C CMOS 7,0X5,0 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (6PAD) ± 20ppm 2,5 В, 3,33 В 2,5 В, 3,3 В Программируемый осциллятор, низкий джиттер
SQG75P LVPECL 7.0X5.0 КЕРАМИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР SMD (6PAD) ± 20ppm 2,5 В, 3,3 В 8,000 МГц — 1500,000 МГц 1K Программируемый генератор, низкий джиттер
SQG758
± 20ppm 2,5 В, 3,3 В 8,000 МГц — 1500,000 МГц 1K Программируемый генератор, низкий джиттер
SQC7518 ± 20ppm 3.3V, 5.0V 1.000MHz — 133.000MHz 1K Quick Turn, программируемый осциллятор
SX18819 CM 8-КОНТАКТНЫЙ ДИП-ОСЦИЛЛЯТОР ± 20ppm 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В, 5,0 В 32,768 кГц — 155,520 МГц НЕТ Широкий диапазон частот
SXOFSC CMOS CMOS TTL 14-КОНТАКТНЫЙ ДИП-ОСЦИЛЛЯТОР ± 20ppm 2.5 В, 3,3 В, 5,0 В 32,768 кГц — 150,000 МГц Н / Д Широкий диапазон частот
SXOPJC CMOS 14X9.8 PLASTIC SMD осциллятор SMD (J-LEAD 9019) 20ppm 3,3 В, 5,0 В 1.000 МГц — 125000 МГц 1K Пластиковый корпус с J-образным выводом
SQCPJC CMOS 14X9.8 PLASTORAD 9018 ± 20 частей на миллион 3.3V, 5.0V 1.000MHz — 133.000MHz 1K Quick Turn, Programmed Oscillator, J-Lead package
SUO22P LVPECL 2.5X2.0 CERADIC SMDCERADIC ± 20ppm 2,5 В, 3,3 В 13,500 МГц — 156,250 МГц 3K Ультранизкий джиттер
SUO22L LVDS 2,5X2,0 6,0 осциллографа 20 м / с 1.8 В, 2,5 В, 3,3 В 13,500–156,250 МГц 3K Сверхнизкий джиттер
SQC32C CMOS 3,0X2,5 CERAMIC SMILL 183 9019 9018 3.3V, 5.0V 1.000MHz — 133.000MHz 1K Quick Turn, программируемый осциллятор
SLO32L LVDS 3.2X2.5 CERAMIC SMD (6PAD) 9018 PPAD 9018 9018 1.8 В, 2,5 В, 3,3 В 100,000 МГц — 320,000 МГц 3K Низкий ток, сверхнизкий джиттер
SLO32P LVPECL 3.2X2.5 CERAMIC SMILL 9019 ± 8PAD (6PAD) 20ppm 2,5 В, 3,3 В 100,000 МГц — 320,000 МГц 3K Низкий ток, сверхнизкий джиттер
SLO53L LVDS 5.0X3.2 CERAMADIC ± 20 частей на миллион 1.8 В, 2,5 В, 3,3 В 100,000 МГц — 320,000 МГц 1K Низкий ток, сверхнизкий уровень джиттера
SLO53P LVPECL 5.0X3.2 CERAMIC SMILL 9019 ± 8PAD (6PAD) 20ppm 2,5 В, 3,3 В 100,000 МГц — 320,000 МГц 1K Низкий ток, сверхнизкий уровень джиттера
SLO75L LVDS 7,0X5,0 6,0CERAMDILL CERAMDILL ± 20 частей на миллион 1.8 В, 2,5 В, 3,3 В 100,000 МГц — 320,000 МГц 1K Низкий ток, сверхнизкий джиттер
SLO75P LVPECL 7,0X5,0 CERAMIC SM3D 20ppm 2,5 В, 3,3 В 100,000 МГц — 320,000 МГц 1K Низкий ток, сверхнизкий джиттер

Управление частотой | CTS Corp

Устройства для регулирования частоты

Как первая компания, которая начала коммерциализацию кристаллов кварца для использования в электронике (1932 г.), CTS имеет долгую историю обеспечения надежности, качества и исключительной стабильности, низкого джиттера и низкого фазового шума в устройствах управления частотой.У нас есть инновации в области высокопроизводительных аттенюаторов джиттера, преобразователей частоты, высокостабильных и маломощных OCXO, а также высокочастотных опорных тактовых генераторов. Мы предлагаем широкий, разнообразный портфель продуктов стандартных отраслевых форм-факторов вплоть до самых малых размеров, а также индивидуальные решения на основе наших специализированных платформ продуктов для удовлетворения ваших конкретных потребностей.

Продукты

CTS Frequency Control предоставляют решения для синхронизации и синхронизации для таких приложений, как беспроводная инфраструктура, проводные базовые сети, синхронный Ethernet, оптические сети, авионика, военная промышленность, разведка нефти и газа, а также испытания и измерения.

CTS — лидер отрасли в разработке и производстве высокопроизводительных кварцевых генераторов. Мы предлагаем продукты с самыми высокими частотами, наименьшим джиттером и наименьшим энергопотреблением, доступные сегодня. От наших OCXO серии VFOV400, разработанных для портативных приложений (120 мВт) до наших TCXO серии VFTX110, разработанных для систем связи (1,8 ГГц), у нас есть решение для точной синхронизации для самых требовательных приложений. Наши инженеры будут работать с вами над созданием уникального решения в соответствии с вашими требованиями к дизайну.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать о ряде решений с выходами до 3 ГГц и с джиттером до <12 фс.

Кристаллы

CTS предлагает широкий выбор кварцевых (XTAL) продуктов, которые доступны в различных типах корпусов и частотах. Наши уникальные фундаментальные кристаллы разработаны с использованием запатентованного процесса травления для достижения более высоких частот. Благодаря нашему долгому опыту работы на автомобильном рынке, мы понимаем потребности наших клиентов в автомобильной отрасли и предлагаем правильное кристаллическое решение.У нас есть идеальное кристаллическое решение, независимо от того, начинаете ли вы новый дизайн с критическими характеристиками или если вам просто нужен надежный источник для существующего приложения. Свяжитесь с нашей командой, чтобы помочь вам выбрать из ряда кристаллов, доступных в упаковках со стеклянным или шовным уплотнением, размером всего 1,6 × 1,2 мм.

Тактовые генераторы

Тактовые генераторы

являются сердцем продукции для управления частотой, и CTS предлагает самый широкий в отрасли набор кварцевых генераторов (XO), а также мы расширяемся до тактовых генераторов MEMS.От самых маленьких пакетов до самых высоких частот (более 1,0 ГГц), с выбором выходов, включая CMOS. LVPECL, LVDS и SINE WAVE, у нас есть решение даже для самых строгих приложений. CTS также является одним из немногих поставщиков регуляторов частоты, который предлагает широкий спектр деталей, включая изделия с фазовым дрожанием менее 0,1 пс во всех условиях. Если вам нужны простые эталонные часы или вы разрабатываете критически важную систему, у нас есть подходящие кварцевые генераторы, которые могут вам помочь.Наша команда поможет вам выбрать подходящие тактовые генераторы в корпусах размером всего 2,5 × 2,0 мм.

VCXO

Кварцевые генераторы с регулируемым напряжением (VCXO) с высочайшей частотой

CTS подчеркивают уникальные методы проектирования, которые позволяют нашим VCXO достигать лучших характеристик джиттера на рынке даже на частотах выше 1,0 ГГц. Клиенты могут разработать свои собственные схемы ФАПЧ или работать с нашими инженерами, чтобы настроить дизайн в соответствии с вашими потребностями.

TCXO / VCTCXO

Мы производим кварцевые генераторы с самой высокой частотой с температурной компенсацией (TCXO), доступные в отрасли.С частотами выше 1,0 ГГц, стабильностью до 0,05 ppm и диапазоном температур от -40 ° C до 85 ° C. Благодаря превосходному фазовому шуму и низкому потреблению тока наши TCXO позволяют клиентам достичь высочайшей производительности для инновационных разработок.

OCXO

CTS предлагает полную линейку высокопроизводительных кварцевых генераторов с духовым управлением (OCXO), которые доступны в широком диапазоне частот и стабильности и соответствуют отраслевым стандартным пакетам. Мы также предлагаем уникальное семейство конструкций OCXO со сверхнизким энергопотреблением (120 мВт), подходящих даже для приложений с батарейным питанием.Обладая широким диапазоном температур, высокими частотами, самой низкой мощностью и лучшими в отрасли фазовыми шумами и стабильностью, OCXO CTS предлагают нашим клиентам преимущество в производительности.

Модули синхронизации

Линия продуктов CTS Timing Modules включает полностью интегрированные высокочастотные синхронизирующие решения с низким фазовым шумом для ослабления джиттера, преобразования частоты и генерации тактовых импульсов. Они разработаны с использованием подхода строительных блоков с функциями, выбираемыми пользователем, такими как один или несколько входов и выходов, полоса пропускания контура, обнаружение блокировки и режимы автономной работы.Также можно выбрать типы вывода.

Аттенюаторы джиттера Аттенюаторы джиттера

CTS включают полностью интегрированное решение тактовой частоты / ФАПЧ для синхронизации, восстановления тактовой частоты и данных, а также подавления джиттера в сетевых элементах. Доступны модели LVPECL, LVDS, SINE или CMOS с несколькими выбираемыми входами и до четырех выходов с частотами выше 1,0 ГГц. Джиттер, измеренный в полосе пропускания OC-48 (RMS от 12 кГц до 20 МГц), составляет менее 0,2 пс. Наши аттенюаторы джиттера превышают требования к джиттеру, предъявляемые к большинству коммуникационных спецификаций, и рекомендуются многими устройствами межсоединения физического уровня.

Преобразователи частоты

Линия продуктов CTS Frequency Translator включает полностью интегрированное решение тактовой частоты / PLL для преобразования доступного источника частоты в требуемую частоту. Доступны модели в LVPECL, LVDS, SINE или CMOS с несколькими выбираемыми входами от 8 кГц и несколькими выбираемыми выходами выше 1,5 ГГц. Джиттер, измеренный в полосе пропускания OC-48 (RMS от 12 кГц до 20 МГц), составляет менее 0,2 пс.

Тактовые генераторы Тактовые генераторы

CTS включают полностью интегрированное решение синхронизации для генерации одной или нескольких частот со стабильностью XO, VCXO или TCXO.Доступны модели LVPECL, LVDS, SINE или CMOS с несколькими выбираемыми выходами более 1,5 ГГц. Джиттер, измеренный в полосе пропускания OC-48 (RMS от 12 кГц до 20 МГц), составляет менее 0,5 пс.

% PDF-1.2 % 541 0 объект > эндобдж xref 541 84 0000000016 00000 н. 0000002049 00000 н. 0000002228 00000 н. 0000002368 00000 н. 0000002399 00000 н. 0000002456 00000 н. 0000003028 00000 н. 0000003262 00000 н. 0000003329 00000 н. 0000003427 00000 н. 0000003521 00000 н. 0000003625 00000 н. 0000003691 00000 н. 0000003803 00000 н. 0000003869 00000 н. 0000003985 00000 н. 0000004096 00000 н. 0000004204 00000 н. 0000004320 00000 н. 0000004441 00000 н. 0000004580 00000 н. 0000004741 00000 н. 0000004901 00000 п. 0000005039 00000 н. 0000005213 00000 н. 0000005333 00000 п. 0000005482 00000 н. 0000005621 00000 н. 0000005778 00000 н. 0000005930 00000 н. 0000006073 00000 п. 0000006211 00000 н. 0000006327 00000 н. 0000006457 00000 н. 0000006585 00000 н. 0000006743 00000 н. 0000006863 00000 н. 0000007009 00000 н. 0000007146 00000 н. 0000007316 00000 н. 0000007464 00000 н. 0000007582 00000 н. 0000007700 00000 н. 0000007795 00000 н. 0000007891 00000 н. 0000007984 00000 п. 0000008077 00000 н. 0000008170 00000 п. 0000008264 00000 н. 0000008358 00000 п. 0000008452 00000 н. 0000008546 00000 н. 0000008640 00000 п. 0000008734 00000 н. 0000008828 00000 н. 0000008922 00000 н. 0000009017 00000 н. 0000009196 00000 п. 0000009281 00000 п. 0000009369 00000 п. 0000009392 00000 п. 0000010577 00000 п. 0000010599 00000 п. 0000010692 00000 п. 0000011694 00000 п. 0000011717 00000 п. 0000011824 00000 п. 0000013221 00000 п. 0000014554 00000 п. 0000014577 00000 п. 0000015901 00000 п. 0000015924 00000 п. 0000017116 00000 п. 0000017139 00000 п. 0000017229 00000 п. 0000017318 00000 п. 0000017409 00000 п. 0000018708 00000 п. 0000018731 00000 п. 0000020108 00000 п. 0000020131 00000 п. 0000020210 00000 п. 0000002497 00000 н. 0000003006 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 542 0 объект > эндобдж 543 0 объект а_

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2022 © Все права защищены.