Timingproducten zijn bijna alomtegenwoordig en een belangrijk onderdeel van de moderne samenleving. Nauwkeurige timing vereist apparaten zoals kwartskristallen die op precieze frequenties kunnen oscilleren, evenals geïntegreerde schakelingen (IC's) die de apparaten besturen. Ingekapselde klokmodules bevatten doorgaans zowel kristallen als besturings-IC's. Het frequentiebereik van elektronische oscillatorcircuits varieert van kilohertz (kHz) tot megahertz (MHz).
KHz-kristallen kunnen afzonderlijk worden verkocht of worden geïntegreerd in andere producten, zoals kristaloscillatoren (CXO), digitale temperatuurgecompenseerde kristaloscillatoren (DTCXO) en realtime klokken (RTC).
Factoren die de selectie van kHz-kristallen bepalen
Bij het selecteren van kHz-kristallen voor toepassingen zijn de grootte en de gewenste frequentie de belangrijkste overwegingen, maar andere parameters zijn ook cruciaal voor het ontwerpen van geschikte circuits.
Dit omvat:
Frequentietolerantie, stabiliteit en veroudering
Belastingscapaciteit (CL)
Equivalente serieweerstand (ESR)
Rijniveau (DL)
Bedrijfstemperatuur
KHz-kristallen stellen doorgaans eisen aan toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen (ASIC's), die de waarden van de vereiste parameters vermelden. ASIC-informatie kan een solide startpunt bieden voor circuitontwerp. De trend naar miniaturisering van elektronische schakelingen betekent dat ontwerpers extra aandacht moeten besteden aan bovengenoemde factoren, omdat de grootte en de compacte verpakking van componenten de kenmerken en prestaties van kristallen kunnen beïnvloeden. Het fabricageproces van fotolithografie zorgt er echter voor dat de miniaturisatie van kristaloscillatorcircuits geen invloed heeft op de parameters die nodig zijn voor hun efficiënte werking.
Frequentietolerantie, stabiliteit en veroudering
Hoewel kristallen specifieke frequenties specificeren, kunnen frequentieafwijkingen nog steeds optreden als gevolg van stress tijdens de productie of oppervlaktebelasting tijdens dagelijks gebruik. Frequentieafwijkingen kunnen worden samengevat door drie parameters te evalueren: frequentietolerantie, frequentiestabiliteit en veroudering.
Frequentietolerantie wordt gedefinieerd als het verschil tussen de werkelijke frequentie en de nominale frequentie van een kristal bij +25 ° C. Frequentiestabiliteit verwijst naar de maximale frequentieverschuiving veroorzaakt door temperatuur binnen een ingesteld temperatuurbereik. Om de nauwkeurigheid van het kristal te verbeteren, wordt aanbevolen om kHz XO te gebruiken, die rekening kan houden met de frequentievariatie met de temperatuur (Figuur 1) en de bijbehorende kalibratie kan uitvoeren. Ten slotte verwijst veroudering naar het verloop van de frequentie in de loop van de tijd. Afdichting kan de verouderingseffecten verminderen, maar kan de omvang vergroten.