Cristalli di quarzo e oscillatori a cristalli di quarzo Ansen

Senza gli oscillatori a cristalli, non esisterebbero comunicazioni wireless né ricevitori GPS o Ethernet. Pertanto, stiamo espandendo il portafoglio di fornitori con il famoso produttore ANSEN. Sebbene esistano nuove tecnologie come gli oscillatori MEMS, gli oscillatori a cristalli rimangono la fonte dominante di frequenza accurata e stabile.

Stabilità della frequenza richiesta per diverse applicazioni
● USB a bassa velocità (1,5 Mb/s) ± 1,5% (15 000 ppm);
● USB a piena velocità (1,5 Mb/s) ± 0,25% (2 000 ppm);
● USB ad alta velocità (480 Mb/s) ± 500 ppm;
● Ethernet 10/100/1000Mb/s ± 100 ppm (± 50 ppm a 25°C, ± 50 ppm per altre influenze);
● Wi-Fi 802.11 a/b/g/n, Bluetooth: 20ppm.

Con l’incremento della domanda di velocità di trasmissione dati più elevate e un uso più efficiente dello spettro radio, anche i requisiti per la stabilità di frequenza sono in aumento. Ad esempio, una stazione di base per telefoni cellulari richiede una precisione di 50 ppm (parte per miliardo).

Oscillatori nei microcontrollori

I microcontrollori attuali hanno in dotazione un oscillatore RC calibrato e un oscillatore per cristallo di quarzo esterno o risuonatore ceramico.

Oscillatore RC interno

L’oscillatore RC interno da 16 MHz nei moderni microcontrollori, come quelli della famiglia STM32L4, è tarato in fabbrica e può avere una precisione totale compresa tra il 2% e l’1,5% (da -20.000 a 10000 ppm) nell’intervallo di temperatura da -40 a 85 °C. La deriva nel tempo non è specificata.

Oscillatore con risuonatore ceramico

● Risuonatore ceramico da 12 MHz, 3,2x1,3x0,7mm, Murata CSTNE12M0GH5L000R0;
● gamma di temperatura di funzionamento ambientale: da -40 a 85°C;
● tolleranza di frequenza a 25°C: ± 0,07% = 700ppm ±;
● stabilità di frequenza su temperatura: ± 0,11% = 1100ppm ±;
● invecchiamento: ±0.07%/10 anni a 25°C.

Deviazione di frequenza totale per 10 anni: 700ppm+1100ppm+700ppm=2500ppm

Oscillatore con cristallo

● Cristallo standard Ansen da 12 MHz, 3,2 x 2,5 x 0,75 mm: ASX3F-12M-FE180E5;
● gamma di temperatura di funzionamento: da -40 a 85°C;
● tolleranza di frequenza (25°C): ±30ppm;
● stabilità di frequenza su temperatura: ±30ppm;
● invecchiamento: ±3ppm/anno;
● deviazione di frequenza totale per 10 anni: 30ppm+30ppm+30ppm=90ppm.

L’oscillatore a cristalli di quarzo offre la massima precisione. Il limite pratico per l’oscillatore al cristallo standard (XO) è di ± 10 ppm, compresa la tolleranza di frequenza a 25°C, la stabilità di frequenza su temperatura, il cambiamento della tensione di alimentazione, il cambiamento di shock e vibrazioni e l’invecchiamento del 1° anno.

Parametri importanti del cristallo

Frequenza nominale e capacitanza di carico (CL)

La topologia più utilizzata è l’oscillatore Pierce. Il cristallo funge da induttore.

Cristalli di quarzo e oscillatori a cristalli di quarzo Ansen

La capacitanza di carico chiude il circuito risonante parallelo. Il valore della CL è specificato dal produttore del cristallo. Per essere precisi, il circuito dell’oscillatore deve avere la stessa capacitanza di carico a cui è stato impostato il cristallo.

Cristalli di quarzo e oscillatori a cristalli di quarzo Ansen


Resistenza-serie equivalente (ESR)

Il resistore di retroazione trasforma la porta logica CMOS (inverter) in un amplificatore lineare con una transconduttanza Gm = -di/du. Di conseguenza, la corrente di uscita dell’amplificatore è proporzionale alla tensione di ingresso.

Cristalli di quarzo e oscillatori a cristalli di quarzo Ansen


L’amplificatore deve avere una transconduttanza sufficiente a compensare le perdite nel circuito di oscillazione (ESR e corrente che fluisce attraverso CL1, CL2 e le capacità parassitarie dei cavi GND) e a fornire energia per un aumento graduale dell’oscillazione. La Gm tipica è in mA/V per i cristalli della gamma MHz e uA/V per i cristalli da 32.768KHz.

Per un funzionamento affidabile, si consiglia Gm> 5gm_crit.

gm_crit = 4*ESR*(2πF)^2*(C0 + CL)^2 dove

● ESR è la resistenza-serie equivalente;
● C0 è la capacità di shunt del cristallo;
● CL è la capacitanza nominale di carico del cristallo;
● F è la frequenza di oscillazione nominale del cristallo.

Drive Level

Il drive level consigliato o massimo è specificato dal produttore del cristallo, solitamente in uW. Il superamento di questo valore può ridurre la durata del cristallo o provocare danni causati da eccessive vibrazioni meccaniche. Ansen consiglia un drive level di 100uW. Un drive level inferiore può prevenire oscillazioni, uno più alto aumenta la frequenza di risonanza dei cristalli con il taglio AT.

È possibile trovare ulteriori informazioni nel tutorial di STM AN2867 e John R. Vig - Risuonatori e oscillatori a cristalli di quarzo per applicazioni di controllo e regolazione di frequenza.

Perché abbiamo scelto Ansen?

Ansen è leader nella produzione di prodotti per il controllo di frequenza. La sua offerta include cristalli di quarzo, oscillatori a cristalli e risuonatori ceramici. Grazie ai progressi della tecnologia e alla tecnologia di produzione ad alta precisione, i prodotti Ansen non sono utilizzati solo nell’elettronica di consumo e nei settori industriali, ma sono progettati anche per il settore automobilistico.

Ansen offre:
1. sistema di gestione certificato secondo le norme internazionali ISO 9001, ISO 14001 e IECQ QC 080000;
2. eccellente affidabilità, saldabilità, isteresi termica, resistenza alle vibrazioni e agli urti;
3. basso tasso di invecchiamento e gamma di temperatura estesa;
4. tecnologia di produzione di alta precisione;
5. prodotti per il settore automobilistico con conformità AEC-Q200;
6. tutti i prodotti sono conformi alla richiesta RoHS e REACH.

Abbiamo incluso 40 cristalli Ansen in HC-49/US (versioni SMD e TH) e pacchetti SMD da 3.2x2.5mm all’interno della nostra offerta.  Ampliamo gradualmente l’offerta in base alle tue esigenze. 

Tutti i clienti che hanno eseguito l’accesso al nostro negozio online.

Per ulteriori informazioni sui prodotti Ansen, non esitare a contattarci all’indirizzo ansen@soselectronic.com 

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