ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำ แหล่งเวลาเป็นปัจจัยขับเคลื่อนโดยนัยสำหรับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่คริสตัลควอตซ์เป็นส่วนประกอบในการจับเวลามาตรฐานในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ จนกระทั่งมีการเกิดขึ้นของออสซิลเลเตอร์ระบบไมโครไฟฟ้าเครื่องกล (MEMS) ที่ใช้ซิลิคอน
การเลือกออสซิลเลเตอร์ MEMS เป็นหนึ่งในขั้นตอนที่มีอิทธิพลมากที่สุดในการออกแบบแอปพลิเคชันต่างๆ ตั้งแต่อุปกรณ์สวมใส่และเซ็นเซอร์ IoT ไปจนถึงระบบดิจิทัลทางอุตสาหกรรมและระบบดิจิทัลความเร็วสูง คริสตัลประเภทนี้ถูกสลักไว้บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน และสั่นสะเทือนด้วยความถี่ที่แม่นยำ ทำให้เกิดสัญญาณจับเวลาดิจิทัลที่เสถียร
ผลึกควอตซ์มีการใช้งานมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1930 โดยอาศัยพลังเพียโซอิเล็กทริกเมื่อใช้กับแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้สั่นสะเทือนที่ความถี่ที่แม่นยำ ผลึกควอตซ์มีความเสถียรตามธรรมชาติ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกำหนดเวลาที่เชื่อถือได้ในระยะยาวสำหรับอุปกรณ์ เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์และวิทยุ
อย่างไรก็ตาม ผลึกควอตซ์ค่อนข้างเปราะบางและทำงานที่ความถี่เฉพาะ ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาระหว่างการออกแบบซ้ำและการปรับแต่งความถี่ นอกจากนี้ ผลึกควอตซ์จะทรงตัวได้เพียงไม่กี่มิลลิวินาทีหลังจากเปิดเครื่องเท่านั้น ทำให้ไม่เหมาะกับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำซึ่งมีรอบการนอนหลับบ่อยครั้ง
สิ่งทดแทนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ออสซิลเลเตอร์ความจุความต้านทาน (RC) และออสซิลเลเตอร์ความจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (LC) สามารถสร้างสัญญาณนาฬิกาจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แต่อาจทำให้ความถี่เคลื่อนไปเนื่องจากอุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า หรือการเสื่อมสภาพ
ออสซิลเลเตอร์ MEMS ผสานเสถียรภาพเชิงกลของควอตซ์เข้ากับการย่อขนาด ความต้านทานแรงกระแทก และความสามารถในการกำหนดค่าของซิลิคอน ดังนั้นออสซิลเลเตอร์นี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการใช้พลังงานต่ำ ความทนทาน หรือพื้นที่จำกัด ออสซิลเลเตอร์นี้เริ่มทำงานที่ความเร็วระดับไมโครวินาที โดยยังคงความเสถียรและใช้พลังงานต่ำในช่วงที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้ใช้เวลาในการทำงานนานขึ้น ขนาดแบตเตอรี่เล็กลง การออกแบบที่กะทัดรัดและทนทานยิ่งขึ้น
ตัวเลือกการต้านทานแผ่นดินไหวและตั้งโปรแกรมได้
Abracon นำเสนออุปกรณ์ควบคุมจังหวะเวลาและความถี่ที่หลากหลาย รวมถึงออสซิลเลเตอร์ MEMS ซีรีส์ AMMLP ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมความถี่ที่มีความแม่นยำสูงในบรรจุภัณฑ์ที่กะทัดรัดเป็นพิเศษและใช้พลังงานต่ำ (รูปที่ 1) เมื่อเปรียบเทียบกับควอตซ์แบบดั้งเดิม อุปกรณ์ AMMLP มีคุณลักษณะพิเศษคือทนต่อแรงกระแทก ขนาดเล็กเป็นพิเศษ และความสามารถในการตั้งโปรแกรม ซึ่งตรงตามความถี่ในการออกแบบและข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์ของวิศวกร
รูปที่ 1: ออสซิลเลเตอร์ MEMS ซีรีส์ AMMLP ของ Abracon ใช้บรรจุภัณฑ์มาตรฐานอุตสาหกรรมที่มีช่วงการเลือกความถี่ที่กว้าง (แหล่งรูปภาพ: Abracon)
ตั้งแต่เครื่องติดตามฟิตเนสเจเนอเรชั่นใหม่ไปจนถึงโดรนอัตโนมัติ ออสซิลเลเตอร์ AMMLP สามารถให้เวลาที่แม่นยำและใช้พลังงานต่ำที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันสมัยใหม่ ช่วงความถี่ของอุปกรณ์ AMMLP คือ 2.3 MHz ถึง 170 MHz พร้อมด้วยประเภทที่หลากหลายที่ผสมผสานความแม่นยำ การใช้พลังงานต่ำ และความยืดหยุ่น อุปกรณ์เหล่านี้รองรับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟสี่ระดับ: 1.8 V, 2.5 V, 3.3 V หรือแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องตั้งแต่ 2.25 V ถึง 3.6 V
จากมุมมองของการใช้พลังงาน ออสซิลเลเตอร์ AMMLP ได้รับการออกแบบมาเพื่อประหยัดพลังงาน โดยมีการสิ้นเปลืองกระแสไฟโดยทั่วไปประมาณ 6.5 mA หลายรุ่นยังมีโหมดสแตนด์บายหรือโหมดเปิดใช้งานเอาต์พุต ทำให้สามารถเข้าสู่โหมดสลีปได้ในขณะที่อุปกรณ์ประหยัดพลังงาน ออสซิลเลเตอร์นี้ใช้ขนาดบรรจุภัณฑ์มาตรฐานอุตสาหกรรม 2.0 x 1.6 มม., 2.5 x 2.0 มม., 3.2 x 2.5 มม., 5.0 x 3.2 มม. และ 7.0 x 5.0 มม. ทำให้ง่ายต่อการรวมระบบแบบฝังแม้ในรูปแบบที่กะทัดรัดที่สุด
ความเสถียรของความถี่
อุปกรณ์ Abracon สามารถตั้งโปรแกรมได้เกือบทุกความถี่ภายในช่วงของอุปกรณ์ก่อนออกจากโรงงาน สามารถเลือกความเสถียรของความถี่ได้ภายในช่วงอุณหภูมิกว้าง ± 20 ppm ถึง ± 50 ppm เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของจังหวะสำหรับการใช้งานแบบพกพาในอุตสาหกรรมหรือผู้บริโภค
AMMLPAALJS-24.0000T คือออสซิลเลเตอร์ MEMS ขนาด 2.0 x 1.6 มม. ที่ช่วยประหยัดพื้นที่ PCB ในขณะเดียวกันก็ให้ความถี่กลาง 24 MHz พลังงานต่ำที่มีความแม่นยำสูง ออสซิลเลเตอร์นี้ให้สัญญาณนาฬิกาที่เสถียรสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์, RF ไร้สาย และวงจรดิจิทัลอื่นๆ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟอยู่ระหว่าง 2.25 V ถึง 3.63 V และกระแสไฟทำงานสูงสุดคือ 7.5 mA โดยมีกระแสไฟสแตนด์บายเพียง 1.8 µ A เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
AMMLPDALJS-25.0000T มีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยคือ 2.5 x 2.0 มม. และทำงานที่ความถี่ 25 MHz ซึ่งมักใช้กับอีเทอร์เน็ต, USB และวิทยุไร้สายบางประเภท กระแสไฟสแตนด์บายโดยทั่วไปของอุปกรณ์นี้อยู่ที่เพียง 1 µA และยังมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ยืดหยุ่นได้ตั้งแต่ 2.25 V ถึง 3.63 V ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงในการออกแบบแบบพกพาหรือทางอุตสาหกรรม
AMMLPDDLJS-50.0000T 50 MHz ใช้แพ็คเกจ 2.5 x 2.0 มม. โดยมีการใช้พลังงานสแตนด์บาย 1 µ A รองรับแหล่งจ่ายไฟ 1.8 V และใช้กระแสไฟสูงสุด 7.5 mA ในระหว่างการทำงาน ออสซิลเลเตอร์นี้มีขนาดกะทัดรัดและใช้พลังงานต่ำ ทำให้เป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับผู้ที่ต้องการพื้นที่ที่ดีเยี่ยมและประหยัดพลังงาน
อุปกรณ์ทั้งสามมีความเสถียรของความถี่ ± 20 ppm และเอาต์พุต CMOS ซึ่งช่วยให้การออกแบบแอปพลิเคชันง่ายขึ้น