Proste i oszczędne metody spełniania wymagań dotyczących taktowania obwodów niskiej mocy za pomocą oscylatorów SPXO

Zapobieganie fluktuacjom

Podczas projektowania oscylatorów krystalicznych ważne jest, aby zrozumieć i zminimalizować fluktuacje. Istnieją dwa rodzaje fluktuacji, przy czym oba są zwykle mierzone jako wartości skuteczne:

• Fluktuacje międzycyklowe: nazywane również rozsynchronizowaniem fazowym, to maksymalna różnica czasu między kilkoma zmierzonymi okresami oscylacji, zwykle mierzona przez minimum 10 okresów.
• Fluktuacje okresowe: jest to maksymalna zmiana zbocza zegara i jest mierzona w każdym okresie, a nie w wielu.

Główne źródła fluktuacji w oscylatorach krystalicznych to m.in.: szumy zasilania, całkowite harmoniczne częstotliwości sygnału, niewłaściwe warunki obciążenia i zakończenia, szumy wzmacniacza i pewne konfiguracje obwodów. W zależności od źródła istnieje kilka metod, które można zastosować, aby zminimalizować fluktuacje:

• Zastosowanie kondensatorów obejściowych, mikrokoralików lub filtrów rezystorowo-kondensatorowych (RC) do kontroli szumów zasilania.
• W krytycznych zastosowaniach, które wymagają bardzo niskich fluktuacji, ważne jest ustalenie metody kontroli harmonicznych (poza zakresem tego artykułu).
• Zmniejszanie mocy odbitej z powrotem do wyjścia poprzez optymalizację warunków obciążenia i zakończenia.
• Unikanie stosowania projektów zawierających pętle ze sprzężeniem fazowym, powielacze lub funkcje programowalne, ponieważ mają one tendencję do zwiększania fluktuacji.

Oscylatory krystaliczne ciągłego napięcia

Projektanci systemów o zmiennym napięciu polaryzacji od 1,60 do 3,60V mogą skorzystać na zastosowaniu prostych oscylatorów krystalicznych (SPXO) ASADV, ASDV oraz ASEDV firmy Abracon (ilustracja 3). Te grupy prostych oscylatorów krystalicznych (SPXO) obejmują różne zakresy częstotliwości; od 1,25MHz do 100MHz dla urządzeń ASADV i od 1MHz do 160MHz dla urządzeń ASDDV i ASEDV. Są one zgodne z dyrektywą RoHS/RoHS II i są dostarczane w formie urządzeń do montażu powierzchniowego (SMD) w hermetycznie zamkniętych obudowach ceramicznych. Ich stabilność częstotliwości wynosi ±25ppm w zakresie temperatur roboczych od -40°C do 85°C.

Oscylator ASADV ma wymiary 2,0 x 1,6 x 0,8mm, ASDDV - 2,5 x 2,0 x 0,95mm, a ASEDV - 3,2 x 2,5 x 1,2mm. Te trzy serie są dostępne z różnymi typowymi zakresami temperatur roboczych, opcjami stabilności i formatem wyjściowym zgodnym z CMOS/HCMOS/LVCMOS.

Co ważne, grupy ASADV, ASDVD i ASEDV są zoptymalizowane pod kątem pracy niskoprądowej (ilustracja 4). Aktywacja funkcji włączania/wyłączania wyjścia zmniejsza natężenie prądu do zaledwie 10μA. Maksymalny czas rozruchu wynosi 10ms.

Ilustracja 4: Pokazano pobór prądu przez oscylator ASEDV w funkcji napięcia zasilania, który jest typowy dla parametrów działania tej grupy prostych oscylatorów krystalicznych (SPXO) (pomiar w temperaturze 25°C ±3°C). (Źródło ilustracji: Abracon)

Wszystkie trzy grupy oscylatorów SPXO charakteryzują się szczególnie niskim poborem prądu. W przypadku oscylatora ASADV maksymalny prąd (mierzony przy obciążeniu 15pF w temp. 25°C) waha się od 1,0mA przy częstotliwości 1,25MHz i napięciu zasilania 1,8V do 14,5mA przy częstotliwości 81MHz i napięciu zasilania 3,3V. W przypadku oscylatorów ASDDV i ASEDV maksymalny prąd waha się od 1,0mA przy częstotliwości 1MHz i napięciu zasilania 1,8V do 19mA przy częstotliwości 157 MHz i napięciu zasilania 3,3V.

Urządzenia mogą zasilać wiele odbiorników i cechują się dobrą charakterystyką w zakresie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) oraz niskimi fluktuacjami. Ich maksymalne skuteczne fluktuacje fazowe (RMS) wynoszą <1,0ps a fluktuacje okresowe 7,0ps.

Proste oscylatory krystaliczne (SPXO) zapewniają również dobrą stabilność częstotliwości w całym zakresie temperatur roboczych (ilustracja 5). W wielu zastosowaniach oscylatory te mogą być używane jako gotowe elementy wymagające stosunkowo niewielkich prac projektowych. Eliminują również potrzebę doboru oscylatora zależnie od polaryzacji i pozwalają pozbyć się zmian częstotliwości zależnych od polaryzacji.

Ilustracja 5: Omawiane proste oscylatory krystaliczne (SPXO) posiadają dobrą stabilność częstotliwości w całym zakresie temperatur roboczych. Wykres jest typowy dla grupy oscylatorów ASEDV. (Źródło ilustracji: Abracon)

Skoro nie trzeba się już przejmować wstrząsami i wibracjami, oscylatory krystaliczne do montażu powierzchniowego o stałym napięciu ASADV, ASDVD i ASEDV mogą znaleźć zastosowanie jako tańsze alternatywy dla oscylatorów mikroelektromechanicznych (MEMS).

Podsumowanie

Projektanci potrzebują precyzyjnych i niezawodnych oscylatorów, aby zapewnić stabilne taktowanie w szerokim zakresie zastosowań i temperatur roboczych. Dyskretne oscylatory sterowane kryształami mogą spełniać wymagane charakterystyki działania, ale efektywne projektowanie z wykorzystaniem kryształów może być technicznie trudne, czasochłonne, niepotrzebnie kosztowne i nieoptymalne pod względem formy.

Projektanci mogą zamiast tego używać zintegrowanych prostych oscylatorów krystalicznych (SPXO) niskiej mocy, które stanowią gotowe rozwiązania taktowania z dobrą stabilnością częstotliwości w szerokim zakresie temperatur pracy. Korzystając z takich oscylatorów, projektanci mogą zmniejszyć liczbę komponentów, rozmiary rozwiązania, koszty montażu i poprawić niezawodność.

Autor: Jeff Shepard

Kontakt w Polsce

Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl