ผลิตภัณฑ์บอกเวลาแทบจะแพร่หลายและเป็นส่วนสำคัญของสังคมยุคใหม่ การกำหนดเวลาที่แม่นยำต้องใช้อุปกรณ์ เช่น คริสตัลควอตซ์ที่แกว่งด้วยความถี่ที่แม่นยำ เช่นเดียวกับวงจรรวม (IC) ที่ควบคุมอุปกรณ์ โดยทั่วไปโมดูลนาฬิกาแบบแพ็กเกจจะมีทั้งคริสตัลและไอซีควบคุม วงจรออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์มีความถี่ตั้งแต่กิโลเฮิรตซ์ (kHz) ถึงเมกะเฮิรตซ์ (MHz)
คริสตัล KHz สามารถจำหน่ายแยกต่างหากหรือรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์อื่นๆ เช่น Crystal Oscillators (CXO), Digital Temperature Compensated Crystal Oscillators (DTCXO) และ Real Time Clock (RTC)
ปัจจัยที่กำหนดการเลือกคริสตัล kHz
เมื่อเลือกคริสตัล kHz สำหรับการใช้งาน ขนาดและความถี่ที่ต้องการคือข้อพิจารณาที่สำคัญที่สุด แต่พารามิเตอร์อื่นๆ บางอย่างก็มีความสำคัญสำหรับการออกแบบวงจรที่เหมาะสมเช่นกัน
ซึ่งรวมถึง:
ความทนทานต่อความถี่ ความเสถียร และอายุ
ความจุโหลด (CL)
ความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่า (ESR)
ระดับการขับขี่ (DL)
อุณหภูมิในการทำงาน
โดยทั่วไปคริสตัล KHz จะมีข้อกำหนด ASIC ซึ่งแสดงรายการค่าของพารามิเตอร์ที่ต้องการ ข้อมูล ASIC เป็นจุดเริ่มต้นที่ชัดเจนสำหรับการออกแบบวงจร แนวโน้มการทำให้วงจรอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กลงหมายความว่านักออกแบบจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับปัจจัยเหล่านี้ เนื่องจากขนาดและบรรจุภัณฑ์ที่หนาแน่นของส่วนประกอบส่งผลต่อคุณลักษณะและประสิทธิภาพของคริสตัล อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตการพิมพ์หินด้วยแสงช่วยให้มั่นใจได้ว่าการย่อขนาดวงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์จะไม่ส่งผลต่อพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพ
ความทนทานต่อความถี่ ความเสถียร และอายุ
แม้ว่าคริสตัลจะระบุความถี่เฉพาะ การเบี่ยงเบนความถี่อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากความเค้นในกระบวนการผลิตหรือความเครียดบนพื้นผิวระหว่างการทำงานตามปกติ การเบี่ยงเบนความถี่สามารถสรุปได้โดยการประเมินพารามิเตอร์ 3 ตัว ได้แก่ ความทนทานต่อความถี่ ความเสถียรของความถี่ และอายุ
ความทนทานต่อความถี่หมายถึงความแตกต่างระหว่างความถี่จริงและความถี่ปกติของคริสตัลที่อุณหภูมิ +25 ° C ความเสถียรของความถี่หมายถึงการเปลี่ยนแปลงความถี่สูงสุดที่เกิดจากอุณหภูมิภายในช่วงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของคริสตัล ขอแนะนำให้ใช้ kHz XO ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนความถี่ตามอุณหภูมิ (รูปที่ 1) และได้รับการสอบเทียบตามนั้น สุดท้ายนี้ การแก่ชราก็คือความถี่ที่เปลี่ยนไปตามกาลเวลา ซีลช่วยลดผลกระทบจากวัย แต่อาจเพิ่มขนาดได้
แผนภูมิความถี่ออสซิลเลเตอร์เทียบกับอุณหภูมิ
รูปที่ 1: ความถี่ของออสซิลเลเตอร์แตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ และจำเป็นต้องพิจารณาในกระบวนการปรับขนาด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง แหล่งที่มาของภาพ: Epson ให้บริการผ่าน IEEE)
ความจุโหลด (CL)
ความจุระหว่างสองขั้วของคริสตัลคือความจุโหลด นักออกแบบจำเป็นต้องพิจารณาความจุหลงทางภายนอกเนื่องจากจะทำให้ความถี่เคลื่อนไป
ความไม่ตรงกันระหว่างความจุของ CL และวงจรเป็นเรื่องที่น่ากังวลเป็นพิเศษเมื่อใช้คริสตัลที่มีขนาดเล็กลง เนื่องจากคริสตัลที่มีขนาดเล็กกว่าจะไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความจุไฟฟ้ามากกว่า ผลึกที่มีค่า CL ต่ำจะมีความไวต่อความถี่เป็นพิเศษเช่นกัน ในการออกแบบวงจรขนาดเล็กในพื้นที่จำกัด นักออกแบบมักจะเลือกคริสตัลที่มีค่า CL สูงกว่า
ระดับการขับขี่ (DL)
DL คือปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการเพื่อรักษาการสั่นให้คงที่ในขณะที่ลดความเสียหายของโครงสร้างให้เหลือน้อยที่สุด ขอแนะนำให้เลือกคริสตัลที่มีค่า DL เท่ากับหรือมากกว่าระดับไดรฟ์วงจรที่กำหนด เพื่อหลีกเลี่ยงความไม่เสถียรของความถี่หรือความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร
อุณหภูมิในการทำงาน
อิทธิพลของอุณหภูมิต่อความถี่เกินช่วงที่ระบุโดยดัชนีความเสถียรของความถี่ นักออกแบบต้องพิจารณาไม่เพียงแต่อุณหภูมิการทำงานของวงจรทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาตำแหน่งของคริสตัลในวงจรด้วย เนื่องจากบางพื้นที่ให้ความร้อนได้ง่ายกว่าบริเวณอื่น นอกจากนี้ ยิ่งวงจรและคริสตัลมีขนาดเล็กลง แพคเกจส่วนประกอบก็จะแน่นขึ้น และทำให้ทั้งระบบสร้างความร้อนได้มากขึ้น ในกรณีนี้ วิธีที่ดีที่สุดคือใช้คริสตัลที่ได้รับการสอบเทียบดีกว่าในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด เช่น ผลิตภัณฑ์ DTCXO หรือ RTC โมดูล DTCXO และ RTC ทำงานได้ดีในรูปแบบกะทัดรัด และยังสามารถได้เปรียบในการใช้งานที่ต้องการความเสถียรสูงหรือใช้พลังงานต่ำ
คริสตัล KHz และโมดูลที่เกี่ยวข้อง
เอปสันผลิตคริสตัล kHz จำนวนมาก รวมถึงโมดูล DTCXO และ RTC ผลิตภัณฑ์เหล่านี้บางส่วนและข้อมูลจำเพาะมีการแนะนำสั้นๆ ด้านล่างนี้
ซีรีส์ FC3215AN เป็นคริสตัล 32.768 kHz ที่มี ESR ต่ำถึง 35 k Ω และมีแพ็คเกจขนาดกะทัดรัด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาและการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัด ซีรีส์ FC3215AN ใช้ได้กับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น โมดูลไร้สาย อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง การแพทย์ อุตสาหกรรม อุปกรณ์ตรวจสอบความปลอดภัย มิเตอร์อัจฉริยะ เครื่องใช้ไฟฟ้า และแอปพลิเคชัน MCU ที่ใช้พลังงานต่ำ กลุ่มผลิตภัณฑ์นี้รองรับช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ขยายตั้งแต่ - 40 ° C ถึง +105 ° C พร้อมการห่อหุ้มขนาด 3.2 มม. x 1.5 มม. x 0.9 มม. และการกำหนดพินมาตรฐาน
คริสตัล 32.768 kHz ของซีรีส์ FC2012AN คล้ายกับข้อมูลจำเพาะของซีรีส์ FC3215AN แต่ใช้แพ็คเกจที่เล็กกว่า 2.05 มม. x 1.2 มม. x 0.6 มม. และการกำหนดพินมาตรฐาน ในทำนองเดียวกัน ซีรีส์คริสตัล FC2012SN (รูปที่ 2) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น MCU อุปกรณ์สวมใส่ และโมดูลไร้สายในด้าน Internet of Things การรักษาพยาบาล อุตสาหกรรม ความปลอดภัย มิเตอร์อัจฉริยะ ฯลฯ