Precíziós időjelek áttekintése geyer elektronikus kvarc rezonátorokról
Maxim Derzhansky (Brest)
A Geyer Electronic cég évek óta a világ egyik vezető kvarcrezonátor gyártója. A cég termékei különböző hőmérsékleti tartományokra vannak tervezve, és alkalmazás szerint vannak rendezve.
A német Geyer Electronic cég. 1964-ben alakult. A vállalat kommunikációs berendezésekhez, multimédiához, autóipari elektronikai, háztartási és ipari berendezésekhez szánt termékeket gyárt:
- kerámia és kvarcrezonátorok;
- kvarc oszcillátorok különböző frekvenciatartományokkal és a burkolat típusával (beleértve a felületi rögzítőket is);
- szűrőket.
A cég székhelye Németországban van. A termelés Japánban, Kínában és Koreában található.
A Geyer Electronic Company nagy jelentőséget tulajdonít az ügyfelekkel való szoros együttműködésnek az egész gyártási fázisban - a termékfejlesztéstől a tömeggyártásig. Ez biztosítja, hogy a késztermék megfeleljen az összes követelménynek. Ezenkívül a globális értékesítési hálózat biztosítja a termékek elérhetőségét és a legrövidebb szállítási időt. Így jött létre a vállalat megbízható és sikerorientált partnerként.
A rezonátorok jellemzőinek összehasonlítása, az előnyök / hátrányok azonosítása érdekében meg kell érteni a szerkezetüket és a működési elveket, a piezoelektromos hatás lényegében.
Amikor egy piezoelektromos minta deformálódik, elektromos feszültsége keletkezik az arcai között, és amikor az elektromos felületére elektromos feszültség kerül, deformálódik. Ezt a jelenséget piezoelektromos hatásnak nevezik.
A piezoelektromos hatást kvarc, titanit bárium, turmalin, Rochelle só és egyéb anyagok figyelik meg. Ez alapján a munka akusztikus sugárzók, ultra pontos helymeghatározó rendszer, adaptív optika, piezoelektromos motorok pezogeneratorov áram, akkor használják, hogy a festéknek tintasugaras nyomtatók, a piezotransformer és kvarc rezonátor.
Kvarckristály előállítására piezoelektromos kristályt használunk, amelyből egy gyűrűt, egy rudat vagy egy lemezt vágunk. Ezután az elektródákat a kivágott lemezre (gyűrű, rúd) helyezzük. Ha az elektródokra feszültség van, akkor a lemez összenyomódása, hajlítása vagy nyírása történik (a kristály vágási módjától függően).
Az oszcilláló lemez egy külső EMF-et hoz létre a külső áramkörben. Ez a jelenség egyenértékű az induktor működésével az oszcilláló áramkörben (1. ábra). Ha az alkalmazott feszültség frekvenciája szoros (ideális esetben egyenlő) a mechanikai rezgések frekvenciájával, akkor az energiaköltségek jelentősen alacsonyabbak, mint az ezen frekvenciák közötti jelentős különbségeknél.
Ábra. 1. Kvarcrezonátor ekvivalens áramköre
Az 1. ábra szerint a megfelelő áramkör paraméterei a következők:
C0 a lemezek és / vagy a kristálytartó által képzett interelektrode kapacitás, a vezetőhuzalok kapacitása;
C1, L1 - ekvivalens kapacitás és mechanikus oszcillációs rendszer induktivitása, amely csak a mechanikai tulajdonságoktól függ;
R1 egy mechanikus oszcillátorrendszer ekvivalens veszteségi ellenállása, amely a mechanikai rezgések csillapítását jellemzi.
A kvarc rezonátorok különböző frekvenciákhoz rendelkezésre állnak, de a legnépszerűbb típus a 32.768 kHz-es rezonátor, amelyet óraszerkezetben használnak. Rezonáns frekvenciájuk, osztva egy tizenöt bites bináris számlálóval, egy másodperces intervallumot ad. Szintén rezonátorok használt oszcillátor nagyfrekvenciás stabilitás fix (referencia oszcillátor szintetizátor frekvencia rádió adóvevő, stb.), A kvarc középfrekvenciás sávszűrő superheterodyne vevők.
A kvarcrezonátorokkal rendelkező áramkörök minőségét a következő paraméterek határozzák meg:
- frekvencia stabilitás;
- megengedhető frekvenciaeltérés;
- terhelhetőség;
- öregedés.
A Geyer Electronic kvarcrezonátorok áttekintése
Kvarc kristályok (kvarc kristályok) A Geyer Electronic különböző hőmérsékleti tartományokban érhető el, figyelembe véve az alkalmazások alkalmazását. A hőmérséklet tartomány a sorozat utolsó karakteréből határozható meg, ahol a "T" szimbólum -40 ... 80 ° C, "E" - -40 ... 105 ° C-os hőmérsékleti tartománynak felel meg. A szimbólum hiánya azt jelzi, hogy a rezonátor üzemi hőmérséklete -20 ... 70 ° С.
1. táblázat. Az órajel-kvarc rezonátorok fő jellemzői 32,768 kHz frekvenciatartományban
Működési hőmérséklet (hőmérséklet-tolerancia frekvencia), ° С
Tolerancia a frekvencia toleranciához (df / F) 25 ° C ± 3 ° C-on, ppm
Shunt kapacitás, C0, pF: * - 5, ** - 7, *** - a 3.579545 ... 40, 30 ... 70 - 7 frekvenciatartományhoz; 40 ... 100 - 3.
A kvarckristály tartóit mereven rögzíteni kell, és nem változtathatják meg eredeti helyzetüket a gyártás pillanatától. Ellenkező esetben kvarc-kristály összenyomásakor és hajlításakor előfordulhat, hogy mikrokristályok keletkeznek. Ennek elkerülése érdekében a lyukakon keresztül történő beszereléskor ne hajlítsa meg a resonátor kimenetét 3 mm-nél nagyobb távolságra az eredeti helyzettől. Továbbá, nem szükséges forrasztani a házat a rögzítéshez, hogy a kristály ne melegedjen. Ehhez használjon speciális eszközöket.
Nincsenek külön megjegyzések a kvarcrezonátor forrasztására. A polaritás nem szükséges. A felületre szerelt rezonátorok verzióit forrasztással forrasztják a gyártó által ajánlott forrasztási feltételeknek megfelelően (2. ábra).
Ábra. 2. Az SMD rezonátorok forrasztható forrasztási feltételei
Ábra. 3. Kvarc rezonátor felszerelése mikrokontrollerhez
Forrasztás után a kvarc rezonátor frekvenciája néhány ppm-rel megváltozhat. A frekvenciát néhány óra vagy nap elteltével helyreállítják, anélkül, hogy a kvarckristályokra következtetnének. A tisztítást szabványos módszerekkel végezzük. Amikor egy kvarcrezonátort helyez a táblára, akkor is kívánatos a következő feltételek betartása:
- Minél közelebb van a generátorhoz, annál jobb;
- nem lehet olyan sáv, amelyhez más zavaró jelek kerülnek továbbításra;
- tároláskor a szükséges feltételeket be kell tartani:
- tárolási hőmérséklet: 25 ± 5 ° C;
- Páratartalom: 60 ± 15% RH.
A megrendeléskor a sorozat összes tárolási hőmérsékleti tartománya jelzi.
A rezonátorokra, kiválasztásukra és telepítésükre vonatkozó valamennyi kérdés mind a gyártó, mind a forgalmazó számára rendelhető hozzá. Az általános elvek kiválasztásának terhelés kondenzátorok külső ellenállás, és megvizsgálja a példában KX-K kvarc oszcillátor a mikrokontroller a szükséges frekvencia 24 ... 25 MHz (3. ábra).
A KX-K rezonátor általános adatai. az 1. táblázat szerint:
- a CL terhelési kapacitás 16 pF;
- A megengedett frekvenciaeltérés hőmérséklet-toleranciája: ± 30 ppm (20 ° C) / ± 50 ppm (-20 ... 70 ° C);
- belső rezonanciaellenállás: R1 = 40 Ohm.
Ha a terhelési kapacitás nem egyezik a kvarc rezonátor terhelési kapacitásával, akkor a rezonanciafrekvencia eltolódik. A C1 és C2 kondenzátorok kezdeti kapacitása az optimalizáláshoz 22 pF és 27 pF legyen. a kristályhoz 16 pF töltési kapacitás szükséges. Feltételezzük, hogy a mikrokontroller belső kapacitása 2 pF OSC1 és OSC2. Az elektromos áramkör hibás kapacitása 3 pF. Így a végleges terhelhetőség megegyezik (a pF-ben megadott összes kapacitásérték a következő képletben megadva):
A kvarc rezonátor egyszerű rezgésérzékelője esetén a mikrokontroller bemeneti OSC1 kapacitása kisebb, mint az OSC2 kimeneténél.
Az üzembe helyezési körülmények biztonságának vizsgálatához meg kell vizsgálnia az áramkört. A teszteléshez manuálisan kell kalibrálni a rezisztorokat sorosan egy kvarcrezonátorral. Az oszcillációk, még a rezisztencia ellenére is:
- szabványos alkalmazásokhoz - 3 ... 5-ször nagyobb, mint az R1 jelzett rezonanciaellenállás (ha R1 = 40 Ohm, akkor a tartomány 150 ... 250 Ohm);
- az autóipari alkalmazások esetében - 5 ... 10-szer nagyobb, mint a jelzett R1 rezonanciaellenállás (ha R1 = 40 Ohm, akkor a tartomány 250 ... 500 Ohm)
Ábra. 4. Külső ellenállás telepítése
Külső ellenállás használata ajánlott 4 MHz alatti működési frekvencián. Magasabb frekvenciáknál a mikrokontroller belső ellenállása általában elegendő. A C2 kondenzátor egy RV külső ellenállással (4. ábra) egy RC láncot, azaz E. aluláteresztő szűrő. Ebből kiindulva az Rv úgy van megválasztva, hogy az f kritikus frekvencia kétszerese a rezonátor névleges frekvenciájának.
Példa C2 = 22 pF:
- 2 MHz-es kvarckristálynál a kívánt kritikus frekvencia 4 MHz, ezért RV = 1,8 kΩ választódik ki;
- 6 MHz-es kvarcrezonátor esetén 12 MHz, majd Rv = 600 Ohm.
A Geyer Electronic minőségi kvarcrezonátorokat gyárt különböző méretű SMD és THT szerelésű népszerű frekvenciasávokhoz új alkalmazásokhoz. Jól megalapozott fordított összefüggést a dolgozók és a vásárlók kiválasztani a megfelelő kristályt bármilyen feladat, attól függően, hogy a működési feltételek, a szükséges jellemzőkkel, ár és használja egy adott alkalmazás.