تكاد تكون منتجات ضبط الوقت منتشرة في كل مكان وهي جزء مهم من المجتمع الحديث. يتطلب التوقيت الدقيق جهازًا مثل بلورة الكوارتز التي تهتز بتردد دقيق، بالإضافة إلى دائرة متكاملة (IC) تتحكم في الجهاز. تحتوي وحدات الساعة المعبأة عادة على كل من الكريستال ودوائر التحكم المتكاملة. تتراوح دوائر المذبذب الإلكتروني في التردد من كيلو هرتز (كيلو هرتز) إلى ميجا هرتز (MHz).
يمكن بيع بلورات كيلو هرتز بشكل منفصل أو دمجها في منتجات أخرى مثل المذبذبات الكريستالية (CXO)، والمذبذبات البلورية الرقمية المعوضة لدرجة الحرارة (DTCXO)، وساعة الوقت الحقيقي (RTC).
العوامل التي تحدد اختيار الكريستال كيلو هرتز
عند اختيار بلورات كيلوهرتز لتطبيق ما، يعد الحجم والتردد المطلوب من أهم الاعتبارات، ولكن بعض المعلمات الأخرى مهمة أيضًا لتصميم الدوائر المناسبة.
وتشمل هذه:
تحمل التردد والاستقرار والشيخوخة
سعة التحميل (CL)
مقاومة السلسلة المكافئة (ESR)
مستوى القيادة (DL)
درجة حرارة العمل
تحتوي بلورات كيلوهرتز عادةً على متطلبات ASIC، والتي تسرد قيم المعلمات المطلوبة. توفر معلومات ASIC نقطة انطلاق قوية لتصميم الدوائر. إن الاتجاه نحو تصغير الدوائر الإلكترونية يعني أن المصممين بحاجة إلى إيلاء اهتمام خاص لهذه العوامل لأن حجم المكونات وتعبئتها الكثيفة يؤثران على خصائص وأداء البلورات. ومع ذلك، تضمن عملية تصنيع الليثوغرافيا الضوئية أن تصغير دوائر المذبذب البلوري لا يؤثر على المعلمات المطلوبة لتشغيلها بكفاءة.
تحمل التردد والاستقرار والشيخوخة
على الرغم من أن البلورة تحدد ترددًا معينًا، إلا أن انحرافات التردد قد تحدث بسبب الضغوط في عملية التصنيع أو الضغوط على السطح أثناء التشغيل الروتيني. يمكن تلخيص انحراف التردد من خلال تقييم ثلاث معلمات: تحمل التردد، واستقرار التردد، والشيخوخة.
يتم تعريف تحمل التردد على أنه الفرق بين الترددات الفعلية والاسمي للبلورة عند +25 درجة مئوية. يشير استقرار التردد إلى الحد الأقصى لتحول التردد الناتج عن درجة الحرارة ضمن نطاق درجة الحرارة المحددة. من أجل تحسين دقة البلورة، يوصى باستخدام كيلو هرتز XO، والذي يسمح بتغيير التردد مع درجة الحرارة (الشكل 1) ويتم معايرته وفقًا لذلك. وأخيرا، الشيخوخة هي انحراف في التردد مع مرور الوقت. تقلل الأختام من آثار الشيخوخة ولكنها قد تزيد الحجم.
تردد المذبذب مقابل الرسم البياني لدرجة الحرارة
الشكل 1: يختلف تردد المذبذب باختلاف درجة الحرارة ويجب أخذه في الاعتبار عند عملية تحديد الحجم، خاصة بالنسبة للبيئات القاسية. مصدر الصورة: إبسون المقدمة من خلال IEEE)
سعة التحميل (CL)
السعة بين طرفي البلورة هي سعة الحمل. يحتاج المصممون إلى النظر في السعة الشاردة الخارجية لأنها تسبب انحراف التردد.
يعد عدم التطابق بين CL وسعة الدائرة مصدر قلق خاص عند استخدام بلورات أصغر لأن البلورات الأصغر تكون أكثر حساسية لتغيرات السعة. البلورات ذات قيم CL المنخفضة حساسة أيضًا بشكل خاص للتردد. لتصميم دوائر صغيرة في المساحات الضيقة، غالبًا ما يختار المصممون بلورات ذات قيم CL أعلى.
مستوى القيادة (DL)
DL هو مقدار التيار المطلوب للحفاظ على تذبذب ثابت مع تقليل الأضرار الهيكلية. يوصى باختيار بلورات ذات قيمة DL تساوي أو تزيد عن مستوى محرك الدائرة المحدد لتجنب عدم استقرار التردد أو الفشل المبكر.
درجة حرارة العمل
تأثير درجة الحرارة على التردد يتجاوز النطاق المحدد بواسطة مؤشر استقرار التردد. لا يحتاج المصممون إلى مراعاة درجة حرارة التشغيل للدائرة بأكملها فحسب، بل أيضًا موقع البلورات في الدائرة، لأن تسخين بعض المناطق أسهل من غيرها. بالإضافة إلى ذلك، كلما كانت الدائرة والكريستال أصغر، كانت حزمة المكونات أكثر إحكامًا، وكلما زادت الحرارة التي يولدها النظام بأكمله. في هذه الحالة، من الأفضل استخدام بلورات يتم معايرتها بشكل أفضل على مدى درجة حرارة معينة، مثل منتجات DTCXO أو RTC. تعمل وحدات DTCXO وRTC بشكل جيد في التصميمات المدمجة ويمكن أن تكون مفيدة أيضًا في التطبيقات التي تتطلب استقرارًا عاليًا أو استهلاكًا منخفضًا للطاقة.
بلورات كيلوهرتز والوحدات المرتبطة بها
تنتج إبسون عددًا كبيرًا من بلورات كيلوهرتز، بالإضافة إلى وحدات DTCXO وRTC. بعض هذه المنتجات ومواصفاتها معروضة بإيجاز أدناه.
سلسلة FC3215AN عبارة عن بلورة 32.768 كيلو هرتز مع ESR منخفض يصل إلى 35 كيلو أوم وحزمة مدمجة، مما يجعلها مثالية للإلكترونيات المحمولة والتطبيقات ذات المساحة المحدودة. سلسلة FC3215AN قابلة للتطبيق على العديد من التطبيقات، مثل الوحدة اللاسلكية، وإنترنت الأشياء، والمعدات الطبية والصناعية، ومعدات المراقبة الأمنية، والعدادات الذكية، والإلكترونيات الاستهلاكية، وتطبيقات MCU منخفضة الطاقة. يدعم النطاق نطاقًا ممتدًا لدرجة حرارة التشغيل من - 40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية مع تغليف 3.2 مم × 1.5 مم × 0.9 مم وتعيينات الدبوس القياسية.
تتشابه بلورات سلسلة FC2012AN ذات التردد 32.768 كيلو هرتز مع مواصفات سلسلة FC3215AN، ولكنها تستخدم حزمًا أصغر مقاس 2.05 مم × 1.2 مم × 0.6 مم وتعيينات الدبوس القياسية. وبالمثل، فإن سلسلة البلورات FC2012SN (الشكل 2) مناسبة تمامًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الأجهزة القابلة للارتداء MCU، والوحدات اللاسلكية في مجالات إنترنت الأشياء، والعلاج الطبي، والصناعة، والأمن، والعدادات الذكية، وما إلى ذلك.