Кварцевый генератор распиновка: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Содержание

Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Кварцевый резонатор – это радиоэлемент, который используется в радиотехнических цепях для генерации электрических колебаний. В этой статье мы подробно рассмотрим и развенчаем некоторые мифы, связанные с кварцевым резонатором, а также рассмотрим схемы на его основе.

Пьезоэлектрики


На самом деле, кварц  – это один из самых распространенных минералов в земной коре. Его доля составляет около 60%! Если полупроводниковые радиокомпоненты в основном делают из кремния, то кварц тоже состоит из кремния но в связке с кислородом. Его химическая формула SiO2.

Выглядит минерал кварц примерно вот так.

минерал кварц

Ну прямо как сокровище какое-то! Но ценность этого сокровища спрятана не в самом кварце, а в том, каким свойством он обладает. И этот эффект кварца сделал революцию в прецизионной (точной) электронике для генерации высокостабильных колебаний электрического сигнала.

Еще в 19 веке два брата Кюри обнаружили интересное свойство некоторых твердых кристаллов генерировать ЭДС , деформируя эти кристаллы.

Деформация – это изменение формы какого-либо тела с помощью кручения, удара, растяжения и так далее. Так вот, ударяя по таким кристаллам, они обнаружили, что те могут выдавать какое-либо кратковременное напряжение.

пьезоэффект

Но они также обнаружили еще и обратный эффект. При подаче напряжения на такие кристаллы, эти кристаллы деформировались сами. Невооруженным глазом это было практически не заметно. Такой эффект назвали пьезоэффектом, а вещества  –  пьезоэлектриками.

Следует заметить, что ЭДС возникает только в процессе сжатия или растяжения. Может быть вы подумали, что можно прижать такой кристалл какой-нибудь увесистой болванкой и всю жизнь получать из него энергию? Как бы не так! Кстати, радиоэлемент пьезоизлучатель тоже относится к пьезоэлектрикам, и из него можно получить ЭДС. Ниже можно рассмотреть этот случай на видео. Светодиод, подпаянный к пьезоизлучателю, зажигается при ударе самого пьезоизлучателя.

https://youtu. be/b1kGfBikKTw

Не так давно смотрел фильм по National Geographic. Там целые пьезоэлектрические плиты устанавливали на дороге. По ним ходили люди и вырабатывали электрическую энергию, сами того не подозревая). Кстати, очень халявная, чистая и возобновляемая энергия.  Ладно, что-то отвлекся… Так вот, кристаллы кварца тоже обладают пьезоэффектом и способны также вырабатывать ЭДС или деформироваться (изгибаться, изменять форму) под воздействием электрического тока.

[quads id=1]

Кварцевый резонатор


Что представляет из себя кварцевый резонатор

В настоящее время выявлены множество видов кристаллических веществ, но в электронике больше всего используют именно минералы кварца, так как он помимо того, что является пьезоэлетриком, так еще и обладает хорошей механической прочностью.

Резонатор – (от лат. resono –  звучу в ответ, откликаюсь) – это система, которая способна совершать колебания с максимальной амплитудой, то есть резонировать, при воздействии внешней силы определенной частоты и формы. Получается, кварцевый резонатор в электронике, а в народе просто “кварц”, – это радиоэлемент, который способен резонировать, если на него подать переменный ток определенной частоты и формы.

Кварцевые резонаторы выглядят примерно так.

виды кварцевых резонаторов

Кварц является диэлектриком. А что будет если тонкий диэлектрик разместить между двумя металлическими пластинами? Получится конденсатор! Конденсатор получается очень маленькой емкости, так что замерить его емкость вряд ли получится. Зато не стали мудрить со схемотехническим обозначением кварца, и на схемах его показывают как прямоугольный кусочек кристалла, заключенный между двумя пластинками конденсатора.

обозначение на схеме кварцевого резонатора

Разобрав кварцевый резонатор, мы можем увидеть воочию сам кристалл кварца. Давайте вскроем кварц советского производства вот в таком корпусе.

Здесь мы видим прозрачный кристалл кварца, размещенный между двумя металлическими пластинками, к которым подпаяны выводы.

что внутри кварцевого резонатора

В маленьких кварцах типа этих

кварцевый резонатор

используются тонкие прямоугольные пластинки кварца. Физический размер и толщина кварцевой пластинки внутри кварцевого резонатора строго должна соблюдаться, так как именно ее габаритные размеры влияют на основную частоту колебаний. Здесь правило такое: чем больше толщина пластинки, тем ниже рабочая частота кварца. Поэтому, самые высокие частоты, на которые делают кварцы, составляет не более 50 МГц, так как пластинка получается очень тонкая, что создает трудности при ее изготовлении. Да и держать ее как-то надо в корпусе, не поломав. По идее, можно выжать из кварца частоту и до 200 МГц, но работать такой кварц будет на

обертоне.

Обертоны кварцевого резонатора


Обертоны, или как еще их называют, моды или гармоники – это кратные частоты, выше основной частоты кварца. С помощью фильтров гасят основную частоту кварца и выделяют обертон. В кварцевом резонаторе в режиме обертонов используют нечетные обертоны.

Если основная частота кварца F – это первый обертон, то его рабочие обертоны будут как 3F, 5F, 7F, 9F.  Стоит также отметить, что амплитуда обертона убывает с ростом его частоты, поэтому, далее 9 обертона смысла брать уже нет, так как выделять амплитуду маленького сигнала очень проблематично.

Пример: возьмем кварц с частотой в 10 Мегагерц. Тогда мы можем возбудить его на обертонах в 30 Мегагерц (третий обертон), в 50 Мегагерц (пятый обертон), в 70 Мегагерц (седьмой обертон) и максимум в 90 Мегагерц (девятый обертон).

Чтобы хоть как-то понять, что такое обертоны, для примера послушайте основную частоту 110 Герц и ее обертоны.

Схема, которая возбуждает кварц на обертонах, сложная и не очень надежная, так как во-первых, надо “давить” главную частоту кварца и выделять обертон, а во-вторых, кварц может возбудиться в режиме случайных колебаний. На практике все-таки делают схемы с умножением главной частоты кварца, что намного проще и надежнее. Здесь также есть еще одно правило: если частота маркируется в целых числах в Килогерцах – это работа на основной гармонике, а если в Мегагерцах через запятую – это обертонная гармоника.

Например: РГ-05-18000кГц – резонатор для работы на основной частоте, а РГ-05-27,465МГц – для работы на 3-ем обертоне.

Последовательный и параллельный резонанс кварца

Очень много мифов ходит по интернету именно о кварцевом резонаторе. Самый популярный миф гласит так: если подать постоянное напряжение на кварцевый резонатор, он будет выдавать переменное напряжение с частотой, которая на нем указана. Насчет “частоты, указанной на нем”, я, может быть, соглашусь, но насчет постоянного напряжения – увы. Кристалл кварца просто сожмется или разожмется). Некоторые вообще до сих пор думают, что кварц сам по себе выдает переменный ток ). Ага, прям вечный двигатель).

Для того, чтобы понять принцип работы кварцевого резонатора, надо рассмотреть его эквивалентную схему:

эквивалентная схема кварцевого резонатора

С – это собственно емкость между обкладками конденсатора. То есть если убрать кристалл кварца, то останутся две пластины и их выводы. Именно они и обладают этой емкостью.

С1 – это эквивалетная емкость самого кристалла. Ее значение несколько фемтоФарад. Фемто – это 10-15 !

L1 – это эквивалентная индуктивность кристалла.

R1 – динамическое сопротивление, при работе кварца может достигать от нескольких Ом и до нескольких КОм

Можно заметить, что С1, L1 и R1 образуют последовательный колебательный контур, который обладает своей резонансной частотой.

последовательный колебательный контур

Резонансная частота такого контура вычисляется по формуле

формула последовательного резонанса кварцевого резонатора

 

Но все бы хорошо, но как видите, есть еще в эквивалентной схеме кварцевого резонатора один увесистый конденсатор С, который портит всю малину.

Вся эта схема превращается в сложный параллельный колебательный контур. Резонансная частота такого контура уже будет определяться формулой

формула параллельного резонанса кварцевого резонатора

Поэтому, запомните: каждый кварцевый резонатор может возбуждаться на двух резонансных частотах. На частоте последовательного резонанса

и на частоте параллельного резонанса. Если мы видим на кварце вот такую надпись

частота кварцевого резонатора

это говорит нам о том, что частота последовательного резонанса для этого кварцевого генератора составляет 8 МГц. Кварцевые резонаторы в электронике работают именно на частоте последовательного резонанса. На своей практике не припомню, чтобы кто-то возбуждал кварц для работы на частоте параллельного резонанса.

Часовой кварцевый резонатор


Чаще всего часовой кварц выглядит вот так.

“Что еще за часовой кварц?” – спросите вы.  Часовой кварц – это кварц с частотой в 32 768 Герц. Почему на нем такая странная частота? Дело все в том, что 32 768 это и есть 215. Такой кварц работает в паре с 15-разрядной микросхемой-счетчиком. Это наша микросхема К176ИЕ5.

Принцип работы этой микросхемы такой: после того, как она сосчитает 32 768 импульсов, на одной из ножек она выдает импульс.

Этот импульс на ножке  с кварцевым резонатором на 32 768 Герц появляется ровно один раз в секунду. А как вы помните,  колебание один раз в секунду – это и есть 1 Герц. То есть на этой ножке импульс будет выдаваться с частотой в 1 Герц. А раз это так, то почему бы не использовать это в часах? Отсюда и пошло название – часовой кварц.

В настоящее время в наручных часах и других мобильных гаджетах этот счетчик и кварцевый резонатор встроены в одну микросхему и обеспечивают не только счет секунд, но и целый ряд других функций, типа будильника, календаря и тд. Такие микросхемы называется RTC (Real Time Clock) или в переводе с буржуйского Часы Реального Времени.

 

Кварцевый генератор

Что такое генератор? Генератор – это по сути устройство, которое преобразует один вид энергии в другой. В электронике очень часто можно услышать словосочетание  “генератор электрической энергии, генератор частоты, генератор функций ” и тд.

Кварцевый генератор представляет из себя генератор частоты и имеет в своем составе кварцевый резонатор. В основном  кварцевые генераторы бывают двух видов:

те, которые могут выдавать синусоидальный сигнал

и те, которые выдают прямоугольный сигнал, который чаще всего используется в цифровой электронике.

 Схема Пирса


Для того, чтобы возбудить кварц на частоте резонанса, нам надо собрать схему. Самая простая схема для возбуждения кварца – это классический генератор Пирса, который состоит всего лишь из одного полевого транзистора и небольшой обвязки из четырех радиоэлементов:

схема пирса для кварцевого резонатора

Пару слов о том как работает схема. В схеме  есть положительная обратная связь и в ней начинают возникать автоколебания. Но что такое положительная обратная связь?

В школе всем вам ставили прививки на реакцию Манту, чтобы определить, если у вас тубик или нет. Через некоторое время приходили медсестры и линейкой замеряли вашу реакцию кожи на эту прививку

Когда ставили эту прививку, нельзя было чесать место укола. Но мне, тогда еще салаге, было по барабану. Как только я начинал тихонько чесать место укола, мне хотелось чесать еще больше)) И вот скорость руки, которая чесала прививку, у меня замерла на каком-то пике, потому что совершать колебания рукой у меня максимум получалось с частотой Герц  в 15.  Прививка набухала на пол руки))  И даже  один раз меня водили сдавать кровь в подозрении на туберкулез, но как оказалось, не нашли. Оно и неудивительно ;-).

Так что это я вам тут рассказываю хохмы из жизни? Дело в том, что эта чесотка прививки самая что ни на есть положительная обратная связь. То есть пока я ее не трогал, чесать не хотелось. Но как только тихонько почесал, стало чесаться больше и я стал чесать больше, и чесаться стало еще больше и тд.  Если бы на мою руку не было физический ограничений, то наверняка, место прививки уже бы стерлось до мяса. Но я мог махать рукой только с какой-то максимальной частотой. Так вот, такой же принцип и у кварцевого генератора ;-). Чуть подал импульс, и он начинает разгоняться и уже останавливается только на частоте параллельного резонанса ;-). Скажем так, “физическое ограничение”.

Первым делом нам надо подобрать катушку индуктивности. Я взял тороидальный сердечник и намотал из провода МГТФ несколько витков

тороидальная катушка индуктивности

Весь процесс контролировал с помощью LC-метра, добиваясь номинала, как на схеме – 2,5 мГн. Если не доставало, прибавлял витки, если перебарщивал номинал, то убавлял. В результате добился  вот такой индуктивности.

измерение индуктивности

Транзистора у меня в загашнике не нашлось, и в местном радиомагазине его тоже не было. Поэтому, пришлось заказывать на Али. Кому интересно, брал здесь.

Его правильное название: транзистор полевой с каналом N типа.

транзистор 2n5485Распиновка слева-направо: Сток – Исток – Затвор

Ну а дальше дело за малым. Собираем схемку:

Небольшое лирическое отступление.

Как вы видите, я пытался максимально сократить связи между радиоэлементами. Дело все в том, что все радиоэлементы имеют свои паразитные параметры. Чем длиннее их выводы, а также провода, соединяющие эти радиоэлементы в схеме, тем хуже будет работать схема, а то и вовсе “не зафурычит”. Да и вообще, схемы с кварцевым резонатором на печатных платах трассируют не просто так от балды. Здесь есть свои тонкие нюансы. Мельчайшие паразитные параметры могут испоганить весь сигнал на выходе такого генератора.

Итак, кварцевый генератор мы собрали, напряжение подали, осталось только снять сигнал с выхода нашего самопального генератора. За дело берется цифровой осциллограф OWON SDS6062

Первым  делом я взял кварц на самую большую частоту, которая у меня есть: 32 768 Мегагерц. Не путайте его с часовым кварцем (о нем пойдет речь ниже).

Не, ну а что вы хотели? Хотели увидеть идеальную синусоиду? Не тут-то было. Сказались паразитные параметры плохо собранной схемы и монтажа.

Внизу в левом углу осциллограф нам показывает частоту:

Как вы видите 32,77 Мегагерц.  Главное, что наш кварц живой и схемка работает!

Давайте возьмем кварц с частотой 27 МГц.

Частоту тоже более-менее показал верно.

 

Ну и аналогично проверяем все остальные кварцы, которые у меня есть.

[quads id=1]

Вот осциллограмма  кварца на 16 МГц.

Осциллограф показал частоту ровно 16 МГц.

 

Здесь поставил кварц на 6 МГц.

Ровно 6 МГц!

На 4 МГц.

Все ОК.

Ну и возьмем еще советский на 1 Мегагерц. Вот так он выглядит.

Сверху написано 1000 КГц = 1МГц.

 

Смотрим осциллограмму.

Рабочий!

При большом желании можно даже замерять частоту китайским генератором-частотомером.

измерение частоты частотомером

400 Герц погрешность для старенького советского кварца не очень и много, хотя дело может быть даже не кварце, а в самом частотомере.

 

[quads id=1]

Схема Пирса для прямоугольного сигнала

Итак, вернемся к схеме Пирса. Предыдущая схема Пирса генерирует синусоидальный сигнал

Но также есть видоизмененная схема Пирса для прямоугольного сигнала

А вот и она:

схема Пирса для меандра

Номиналы некоторых радиоэлементов можно менять в достаточно широком диапазоне. Например, конденсаторы С1 и С2 могут быть в диапазоне от 10 и до 100 пФ. Тут правило такое: чем меньше частота кварца, тем меньше должна быть емкость конденсатора. Для часовых кварцев конденсаторы можно поставить номиналом в 15-18 пФ. Если кварц с частотой от 1 до 10 Мегагерц, то можно поставить 22-56 пФ. Если не хотите заморачиваться, то просто поставьте конденсаторы емкостью в 22 пФ. Точно не прогадаете.

Также небольшая фишка на заметку: меняя значение конденсатора С1 можно настраивать частоту резонанса в очень тонких пределах.

Резистор R1 можно менять от 1 и до 20 МОм, а R2 от нуля и до 100 кОм. Тут тоже есть правило: чем меньше частота кварца, тем больше значение этих резисторов и наоборот.

Максимальная частота кварца, которую можно вставить в схему, зависит от быстродействия инвертора КМОП. Я взял микросхему 74HC04. Она не слишком быстродействующая. Состоит из шести инверторов, но использовать  мы будем только один инвертор.

 

Вот ее распиновка:

Подключив к этой схеме часовой кварц, осциллограф выдал вот такую осциллограмму:

Ну как всегда всю картинку испортили паразитные параметры монтажа. Но, обратите внимание на частоту. Осциллограф почти верно ее показал с небольшой погрешностью. Ну оно и понятно, так как главная функция осциллографа отображать сигнал, а не считать частоту)

Кстати, вам эта часть схемы ничего не напоминает?

Не эта ли часть схемы используется для тактирования микроконтроллеров?

Она самая! Просто недостающие элементы схемы уже есть в самом МК 😉

Схема Колпитца

Это также довольно распространенная и знаменитая схема.

схема Колпитца

За основу взять схема усилителя с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Здесь все как обычно. Резисторы R1 и R2 устанавливают рабочую точку для транзистора. Резистор RE устанавливает уровень выходного напряжения. Транзистор NPN 2N4265 может работать на частотах до 100 МГц, поэтому его и взяли. Эта схема будет работать с кварцами в диапазоне от 1 и до 5 МГц.

Готовые модули кварцевых генераторов


В настоящее время кварцевые генераторы выпускают в виде законченных модулей. Некоторые фирмы, производящие такие генераторы,  достигают частотной стабильности  до 10-11 от номинала! Выглядят готовые модули примерно так:

виды кварцевых генераторов

или так

Такие модули кварцевых генераторов в основном имеют 4 вывода.  Вот распиновка квадратного кварцевого генератора:

распиновка кварцевого генератора

Давайте проверим один из них. На нем написано 1 МГц

кварцевый генератор на 1 МГц

Вот его вид сзади.

Подавая постоянное напряжение от 3,3 и до 5 Вольт плюсом на 8, а минусом на 4, с выхода 5  я получил чистый ровный красивый меандр с частотой, написанной на кварцевом генераторе, то бишь 1 Мегагерц, с очень небольшими выбросами.

сигнал с кварцевого генератора

Ну прям можно залюбоваться).

Да и китайский генератор-частотомер показал точную частоту.

 

Отсюда делаем вывод: лучше купить готовый кварцевый генератор, чем самому убивать кучу времени и нервов на наладку схемы Пирса или Колпитца. Схема Пирса будет пригодна для проверки резонаторов и для ваших различных самоделок, хотя на Алиэкспрессе встречал готовый проверяльщик кварцевых резонаторов, способный замерять частоту кварцев от 1 и до 50 МГц. Посмотреть можете по этой ссылке.


Плюсы кварцевых генераторов

Плюсы кварцевых генераторов частоты – это высокая частотная стабильность. В основном это 10-5 – 10-6 от номинала или, как часто говорят,  ppm (от англ. parts per million) — частей на миллион, то есть одна миллионная или числом 10-6. Отклонение частоты  в ту или иную сторону в кварцевом генераторе в основном связано с изменением температуры окружающей среды, а также со старением кварца. При старении кварца, частота кварцевого генератора стает чуточку меньше с каждым годом примерно на 1,8х10-7 от номинала. Если, скажем, я взял кварц с частотой в 10 Мегагерц ( 10 000 000 Герц) и поставил его в схему, то за год его частота уйдет примерно на 2 Герца в минус 😉 Думаю, вполне терпимо.

Смотрите подробное видео про кварцевый резонатор:

Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему / Хабр

Кварцевый генератор – важный электронный компонент, обеспечивающий очень точную генерацию тактовой частоты за небольшие деньги. Из-за пьезоэлектрического эффекта его электрические свойства меняются в процессе вибрации. Поскольку можно сделать кристалл, который будет вибрировать с определённой частотой, кварцевые генераторы очень полезны для множества применений. Появились они в 1920-х, и сначала обеспечивали точную генерацию волн для радиостанций. В 1970-м году произошла революция наручных часов, когда в них стали использовать кварцевые генераторы высокой точности. Компьютеры, от ENIAC 1940-х годов и до сей поры используют кварцевые генераторы для генерации тактовой частоты.

В современных ПК всё ещё используются кварцевые генераторы, но для получения многогигагерцовых тактовых частот применяются более сложные технологии. ПК использует кристалл с частотой гораздо меньшей, чем рабочая, и умножает её при помощи фазовой автоподстройки частоты. Компьютеры часто используют кристалл на 14 318, поскольку эту частоту использовали в старых телевизорах, и такие кристаллы были недорогими и широко распространёнными.

Для того, чтобы кристалл вибрировал, его схеме требуются дополнительные компоненты. В 1970-х набрали популярность модульные кварцевые генераторы – в этих компактных и лёгких в использовании микросборках комбинировались сам кристалл, ИС и дискретные компоненты. Мне стало интересно, как работает один из таких модулей, поэтому я вскрыл один из них и провёл реверс-инжиниринг его чипа. В данном посте я расскажу, как он работает, и опишу крохотную КМОП-схему, им управляющую. Оказалось, что внутри модуля происходит больше интересного, чем можно было ожидать.

Модуль генератора

Я изучал модуль от карточки для IBM PC. Модуль находится в прямоугольном металлическом корпусе с 4-мя контактами, защищающем электронику от электрического шума (это Rasco Plus в прямоугольном корпусе справа на фото, а не квадратная ИС от IBM). Модуль генерирует сигнал в 4,7174 МГц, что следует из надписи на его корпусе.

Почему же карточка использует кристалл с такой необычной частотой — 4,7174 МГц? В 1970-х IBM 3270 был очень популярным терминалом с ЭЛТ. Терминалы соединялись коаксиальным кабелем и использовали протокол Interface Display System Standard, работавший с тактовой частотой в 2,3587 МГц. В конце 1980-х IBM производила интерфейсные карточки для подсоединения IBM PC к сети 3270. Мой кристалл как раз с одной из таких карточек (тип 56X4927), и частота кристалла равняется 4,7174 МГц – ровно в два раза больше, чем 2,3587 МГц.


Модуль кварцевого генератора находится справа внизу. Надпись на корпусе: Rasco Plus. 4.7174 MHZ, Motorola 1987. Квадратный модуль слева – это ИС от IBM.

Я вскрыл корпус модуля, чтобы посмотреть на его гибридную схему. Я ожидал увидеть там кварцевый кристалл, напоминающий драгоценный камень в шкатулке, однако обнаружил, что кварцевые генераторы используют очень тонкий кварцевый диск. Я повредил его при вскрытии, поэтому у него не хватает кусочка справа вверху. Он виден в левой части фото – с двух сторон к нему подходят металлические электроды. Те, в свою очередь, соединяются с небольшими штырьками, на которых кристалл поднят над поверхностью корпуса, чтобы он мог свободно вибрировать.


Внутри корпуса кварцевого генератора – компоненты, закреплённые на керамической подложке. Они подсоединяются к схеме крохотной золотой проволочной разваркой. Конденсатор на 3 нФ и плёночный резистор на 10 Ом, расположенные на подложке методом поверхностного монтажа, отфильтровывают шум, поступающий от контакта питания.

Схема работы ИС

На фото ниже показан крохотный кристалл ИС под микроскопом. Размечены контактные площадки и основные функциональные блоки. Зелёно-коричневые участки – это кремний, формирующий ИС. Жёлтоватый металлический слой соединяет компоненты с ИС. Под металлом находится красноватый слой поликремния, где формируются транзисторы – но он практически полностью закрыт металлическим слоем. По краям чипа расположена проволочная разварка, подсоединённая к контактным площадкам, соединяющим чип с остальными частями модуля. Две площадки (select и disable) не подсоединены. Чип произведён компанией Motorola в 1986. По артикулу SC380003 информации я не нашёл.


Кристалл ИС с разметкой основных блоков. «FF» обозначает триггеры. «sel» – контактные площадки [select pads]. «cap» – площадки, подсоединённые к внутренним конденсаторам.

У ИС есть две задачи. Во-первых, её аналоговые компоненты заставляют кристалл колебаться. Во-вторых, её цифровые компоненты делят частоту на 1, 2, 4 или 8, и выдают сигнал тактовой частоты с большим током (делитель задаётся двумя контактами выбора на ИС).

Кварцевый генератор реализован по приведённой ниже схеме, которая называется «генератор Колпитца». Она сложнее обычной схемы кварцевого генератора. Суть в том, что кристалл и два конденсатора колеблются с заданной частотой. Однако колебания быстро затухли бы, если бы не поддерживающая обратная связь с поддерживающего транзистора.

Типичный кварцевый генератор строится по простой схеме под названием «генератор Пирса», в которой из кристалла и инвертера формируется цепь обратной связи. Два заземлённых конденсатора в середине делают её очень похожей на классический генератор Колпитца.

Не уверен, по какой причине разобранный мною кварцевый генератор использует более сложную схему, которая требует хитрого смещения напряжения.

В 1918 году Эдвин Колпитц, главный исследователь в компании Western Electric, изобрёл кварцевый генератор на катушке индуктивности и конденсаторе. Сегодня эта схема известна, как генератор Колпитца. Идея в том, что катушка индуктивности с конденсатором формируют «резонансный резервуар», колеблющийся с частотой, зависящей от характеристик компонентов. Можно представлять, что электричество в этом резервуаре как бы плещется туда и сюда между катушкой индуктивности и конденсаторами. Сами по себе колебания быстро затухли бы, поэтому для их подпитки используется усилитель. В оригинальном генераторе Колпитца усилителем была электронная лампа. Позднее схемы перешли на транзисторы, но этот усилитель может быть операционным или другого типа. В других схемах конец заземляется, чтобы в середине шла обратная связь. Тогда конденсаторы ничего не инвертируют, поэтому используется не инвертирующий усилитель.


Упрощённая схема генератора Колпитца с базовыми компонентами.

Ключевая особенность генератора Колпитца заключается в двух конденсаторах, формирующих делитель напряжения. Поскольку они в середине заземлены, на двух концах у них будет напряжение противоположных значений: когда одно повышается, второе понижается. Усилитель берёт сигнал с одного конца, усиливает его, и подаёт на другой. Усилитель инвертирует сигнал, а конденсаторы дают второе инвертирование, так, что обратная связь усиливает оригинальный сигнал (обеспечивая фазовый сдвиг на 360°).

В 1923 году Джордж Вашингтон Пирс, профессор физики в Гарварде, заменил катушку индуктивности в генераторе Колпитца на кристалл. Благодаря этому генератор стал более точным, и его стали широко использовать в радиопередатчиках и других устройствах. Пирс запатентовал своё изобретение и заработал приличные деньги на таких компаниях, как RCA и AT&T. Наличие патентов привело к многолетним судебным тяжбам, дошедшим в итоге до Верховного суда.

Несколько десятилетий генератор Пирса было принято называть генератором Колпитца с кристаллом. В генераторе Пирса часто отсутствовали характерные конденсаторы, вместо которых использовалось паразитная ёмкость электронной лампы. Терминология постепенно менялась, и два разных типа кварцевых генератора начали называть генератором Колпитца (с конденсаторами) и генератором Пирса (без них).

Ещё одно изменение терминологии произошло в связи с тем, что генератор Колпитца, генератор Пирса и генератор Клаппа были топологически идентичными кварцевыми генераторами, отличавшимися только в том, какая часть схемы считалась землёй (коллектор, эмиттер или база соответственно). Все эти генераторы можно называть генераторами Колпитца, только с общим коллектором, общим эмиттером или общей базой.

Этот экскурс в историю я сделал с тем, чтобы показать, что в различных источниках эти генераторы называют по-разному, генераторами Колпитца или Пирса, причём противоречивым образом. Тот генератор, что изучал я, можно назвать генератором Колпитца с общим стоком (по аналогии с общим коллектором). Также его можно назвать генератором Колпитца на основании расположения заземления. Но исторически его можно назвать генератором Пирса, поскольку он использует кристалл. Также он называется кварцевым генератором с одним контактом, поскольку только один контакт кристалла подсоединён к внешней схеме (другой заземлён).


Упрощённая схема генератора

Увеличение напряжения на кристалле включает транзистор, ток идёт в конденсаторы, увеличивая напряжение на них (и на кристалле). Уменьшение напряжения на кристалле выключает транзистор, сток тока (кружок со стрелкой) вытягивает ток из конденсаторов, уменьшая напряжение на кристалле. Таким образом, обратная связь с транзистора усиливает колебания кристалла, поддерживая их.

Цепи напряжения смещения и тока являются важной частью этой схемы. Напряжение смещения устанавливает вентиль транзистора где-то посередине между включённым и выключенным состоянием, поэтому колебания напряжения на кристалле включают его и выключают. Ток смещения находится посередине между значениями токов включённого и выключенного транзистора, поэтому ток, приходящий и уходящий из конденсаторов, сбалансирован (я упрощаю, говоря о включённых и выключенных состояниях – в реальности сигнал будет иметь синусоидальную форму).

Цепи напряжения смещения и тока – это умеренно сложные аналоговые схемы, состоящие из кучки транзисторов и нескольких резисторов. Подробно описывать их не буду, скажу лишь, что они используют цепи обратной связи для генерации нужных фиксированных значений напряжения и тока.

Значительную часть ИС занимают пять конденсаторов. На схеме один расположен сверху, три идут параллельно, формируя нижний конденсатор на схеме, а один стабилизирует цепь напряжения смещения. На фото кристалла ниже показан один из конденсаторов после растворения верхнего металлического слоя. Красные и зелёные участки – это поликремний, формирующий верхнюю пластину конденсатора вместе с металлическим слоем. Расположенный под поликремнием розоватый участок – вероятно, нитрид кремния, формирующий диэлектрический слой. Кремний с добавками, которого на фото не видно, формирует нижнюю пластину конденсатора.


Конденсатор на кристалле. Большой бледный квадрат слева – площадка для подсоединения проволочной разварки к ИС. Сложные структуры слева – фиксирующие диоды контактов. Похожие на клевер структуры справа – это транзисторы.

Интересно, что конденсаторы на чипе не соединяются вместе. Они подсоединены к трём площадкам, связанным между собой проволочной разваркой. Возможно, это придаёт схеме гибкость – ёмкость цепи можно изменить, удалив проводник, ведущий к конденсатору.

Цифровая схема

С правой части чипа находится цифровая схема делителя выходной частоты кристалла на 1, 2, 4 или 8. Благодаря ей один и тот же кристалл может выдавать четыре частоты. Делитель составлен из трёх триггеров, подключённых последовательно. Каждый делит входящий импульс пополам. Мультиплексор 4 к 1 выбирает между оригинальной частотой импульсов или выходом с одного из триггеров. Выбор осуществляется при помощи проводников, подходящих к двум площадкам для выбора с правой части кристалла. Итоговая частота фиксируется на этапе производства. Для декодирования контактов и генерации четырёх управляющих сигналов мультиплексору и триггерам используются четыре вентиля NAND вместе с инверторами.

Реализация логики КМОП

Кип построен на логике КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Она использует совместно работающие транзисторы двух типов, N-МОП и P-МОП. На диаграмме ниже показано устройство N-МОП транзистора. Транзистор можно считать переключателем между истоком и стоком, который контролирует вентиль. Исток и сток (зелёные) состоят из участков кремния с добавками, меняющими его полупроводниковые свойства – из N+ кремния. Вентиль сделан из особого кремния, поликремния, отделённого от кремниевой подложки очень тонким изолирующим слоем оксидным слоем. N-МОП транзистор включается, когда вентиль подтягивается вверх.


Структура N-МОП транзистора. Структура P-МОП транзистора похожа, однако участки кремния N- и P-типа меняются местами.

Строение P-МОП транзистора противоположно N-МОП: исток и сток состоят из P+ кремния, включённого в N кремний. Работает он тоже противоположно N-МОП транзистору: включается, когда вентиль подтягивается вниз. Обычно P-МОП транзисторы подтягивают сток вверх, а N-МОП – вниз. В КМОП транзисторы работают, дополняя друг друга, подтягивая выходной сигнал вверх или вниз по необходимости.

На диаграмме ниже показано, как в КМОП реализован вентиль NAND. Если на вход подать 0, соответствующий P-МОП транзистор (вверху) включится и притянет выход вверх. Если на оба входа подать 1, N-МОП транзистор (внизу) включится и подтянет выход вниз. Таким образом схема реализует функцию NAND.

На диаграмме ниже показано, как NAND-вентиль выглядит на кристалле. В отличие от изображений в учебниках, у реальных транзисторов бывает сложная, извилистая форма. С левой стороны находятся P-МОП транзистор, а с правой – N-МОП. Красноватые дорожки над кремнием – это поликремний, формирующий вентили. Большая часть кремния в подложке благодаря добавкам проводит ток, и выглядит чуть темнее непроводящего кремния без добавок с левого и правого краёв, а также в центре. Для изготовления этого фото металлический слой был вытравлен. Жёлтые линии обозначают места, где раньше были металлические проводники. Кружочки — это связи металлического слоя с нижними слоями, кремния или поликремния.


Как NAND-вентиль выглядит на кристалле

Транзистор на фото можно сопоставить со схемой NAND-вентиля. Посмотрите на сформированные поликремнием вентили транзистора, и на то, что они разделяют. От участка +5 есть дорожка к выходу через длинный P-МОП транзистор слева. Второй путь идёт через небольшой P-МОП транзистор в центре – это показывает, что транзисторы подключены параллельно. Каждый вентиль контролирует один из входов. Слева дорожка от земли к выходу должна пойти через оба концентрических N-МОП транзистора – они подключены последовательно.

В этой ИС также используется много транзисторов с кольцевыми вентилями. Эта необычная техника расположения элементов позволяет с большой плотностью разместить множество параллельных транзисторов. На фото ниже показано 16 транзисторов с кольцевыми вентилями. Похожие на клевер узоры медного цвета – это сток транзисторов, а снаружи находится исток. Металлический слой (тут он удалён) объединяет соответственно все истоки, вентили и стоки. Параллельные транзисторы работают как один большой. Параллельные транзисторы используются для подачи больших токов на выход. В схеме смещения вместе соединяются различное количество транзисторов (6, 16 или 40), чтобы получать нужное соотношение токов.

Передаточный вентиль

Ещё одна ключевая схема чипа – это передаточный вентиль. Он работает как переключатель, через который сигнал либо проходит, либо нет. На схеме ниже показано, как передаточный вентиль делается из двух транзисторов, N-МОП транзистора и P-МОП транзистора. Если по линии enable подаётся большое напряжение, включаются оба транзистора, и входной сигнал проходит на выход. Если напряжение низкое, они выключаются, блокируя сигнал. Справа показано условное обозначение передаточного вентиля на схемах.

Мультиплексор

Мультиплексор используется для выбора одного из четырёх тактовых сигналов. На диаграмме ниже показано, как мультиплексор реализован на основе передаточных вентилей. Мультиплексор принимает на вход четыре сигнала: A, B, C и D. Один из входов выбирается через активацию соответствующей линии выбора и её дополнения. Этот вход связывается через передаточный вентиль с выходом, а другие входы блокируются. Хотя мультиплексор можно построить и на стандартных логических вентилях, его реализация на передаточных вентилях получается эффективнее.


Мультиплексор 4 к 1 на основе передаточных вентилей

На схеме ниже показаны транзисторы, из которых состоит мультиплексор. Ко входам B и С подключено по паре транзисторов. Думаю, это сделано потому, что у пары транзисторов сопротивление получается половинным. Поскольку входы В и С предназначены для высокочастотных сигналов, пара транзистора позволяет уменьшить задержки и искажения.

На фото ниже показано, как мультиплексор реализован на кристалле физически. Лучше всего видно поликремниевые вентили. Металлический слой удалён. Металлические проводники шли вертикально, соединяя соответствующие сегменты транзисторов. Истоки и стоки соседних транзисторов объединены в единые участки, расположенные между вентилями. В верхнем прямоугольнике находятся N-МОП транзисторы, а в нижнем – P-МОП. Поскольку P-МОП транзисторы менее эффективны, нижний прямоугольник должен быть больше.

Триггер

На чипе есть три триггера, делящие тактовую частоту. Кварцевый генератор использует переключаемые триггеры, которые переключаются между 0 и 1 каждый раз, когда получают входящий импульс. Поскольку два входящих импульса дают один исходящий (0→1→0), триггер делит частоту пополам.

Триггер состоит из передаточных вентилей, инверторов и NAND-вентиля – см. схему ниже. Когда входящий тактовый сигнал равен 1, выход проходит через инвертор и первый передаточный вентиль в точку А. Когда входящий сигнал переключается на 0, открывается первый передаточный вентиль, и в точке А остаётся предыдущее значение. Тем временем закрывается второй передаточный вентиль, поэтому сигнал проходит через второй инвертор и передаточный вентиль в точку В. NAND-вентиль снова его инвертирует, в результате чего значение выхода меняется на противоположное. Второй цикл входящего сигнала тактовой частоты повторяет этот процесс, благодаря чему выход возвращается к изначальному значению. В итоге два цикла входящих сигналов дают один цикл выходящего сигнала, так что триггер делит частоту на 2.

У каждого триггера есть разрешающий вход. Если триггер для выбранного выхода не нужен, он отключается. К примеру, если выбирается режим деления на 2, используется только первый триггер, а два другие отключаются. Полагаю, это делается для уменьшения энергопотребления. Это не зависит от контакта отключения на модуле, который полностью блокирует выходящий сигнал. Это отключаемое свойство опционально; в данном модуле такой функции нет, а контакт отключения не подключен к ИС.

На схеме выше инвертеры и передаточные вентили показаны в виде отдельных структур. Однако в триггере используется интересная структура вентилей, комбинирующая инвертер и передаточный вентиль (слева) в единый вентиль (справа). Пара транзисторов, подключенных к data in, работают как инвертер. Однако если сигнал тактовой частоты нулевой, питание и земля блокируются, и вентиль не влияет на выход, сохраняя предыдущее напряжение. Так работает передаточный вентиль.


Комбинированные инвертер и передаточный вентиль

На фото ниже показано, как один из таких вентилей выполнен на кристалле. На фото видно металлический слой сверху. Под ним видно красноватые вентили из поликремния. Слева расположены два P-МОП транзистора в виде концентрических кругов. Справа находятся N-МОП транзисторы.

Заключение

Хотя модуль кварцевого генератора снаружи кажется простым, внутри него больше компонентов, чем можно было бы ожидать. Там находится не только кристалл кварца, но и дискретные компоненты, и крохотная ИС. В ИС скомбинированы конденсаторы, аналоговые цепи, обеспечивающие колебания, и цифровые цепи для выбора частоты. Можно выбрать одну из четырёх частот, изменяя проводку ИС на этапе производства.

Больше информации по кварцевым генераторам можно найти на сайтах EEVblog, electronupdate и WizardTim. Про генератор Колпитца можно посмотреть на Hackaday.

Закончу фотографией чипа после удаления слоёв металла и оксида, чтобы было видно кремний и поликремний. Больше всего выделяются крупные розоватые конденсаторы, однако можно рассмотреть и транзисторы.


Кликабельно

Кварцевые генераторы: схема, принцип работы, резонатор

Основу кварцевых генераторов составляют кварцевые резонаторы.

 Кварцевый резонатор

— это пластинка кварца, закрепленная определенным образом в кварцедержателе и представляющая собой электромеханическую колебательную систему. Эти резонаторы относятся к пьезоэлектрическим элементам, принцип действия которых основан на использовании прямого и обратного пьезоэффекта.

 

Прямой пьезоэффект

Состоит в том, что механическая нагрузка на материал элемента вызывает появление электрического напряжения между соответствующими поверхностями элемента.

 Обратный пьезоэффект

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Состоит в том, что электрическое напряжение между соответствующими поверхностями элемента, создаваемое с помощью внешнего источника напряжения, вызывает появление механических напряжений, которые могут изменять форму и размеры элемента.

Кварцевые резонаторы изготавливают из природного и искусственного монокристаллического кварца. Из заготовки вырезают пластины, грани которых определенным образом ориентированы относительно кристаллографических осей монокристалла. В рабочем режиме на обкладках пластины имеется переменное напряжение, и имеют место механические колебания пластины. Используются колебания сжатия-растяжения, изгиба, кручения и другие.

При анализе схемы с кварцевым резонатором (рис. 2.69, а) его удобно заменять эквивалентной схемой, представленной на рис 2.69, б.

Необходимо отметить, что именно эта эквивалентная схема кварцевого резонатора используется в пакете программ «PSpice» для моделирования электронных схем. В эквивалентной схеме могут иметь место и параллельный, и последовательный резонанс. На практике используют оба вида резонанса.

На частоте последовательного резонанса ωk= 1/(Lk·Ck)1/2резонатор имеет минимальное сопротивление Rk.Частота параллельного резонанса ω0 ≈ 1/ [ Lk · Ck· C0 / ( Ck+ C0 ) ]1/2.

В диапазоне частот между ωk и ω0 резонатор ведет себя как некоторая индуктивность.

Кварцевые резонаторы характеризуются высокой стабильностью и добротностью (Qk= 104 − 105). Использование кварцевых резонаторов позволяет снизить относительное изменение частоты генераторов до очень малых значений (10−6 − 10−9).

Приведем для примера упрощенную схему кварцевого генератора на основе операционного усилителя при использовании последовательного резонанса (рис. 2.70).

На частоте последовательного резонанса в схеме имеет место сильная положительная обратная связь, что и поддерживает автоколебания.

Кварцевые генераторы


Кварцевые генераторы

  Относительная нестабильность частоты автогенераторов, выполняемых на резонаторах в виде LC-контуров, обычно не ниже 10-3…10-4. Стабильность частоты генератора существенно зависит от добротности и стабильности колебательной системы. Добротность LC-контура обычно не выше 200…300. К современным радиопередатчикам и приемникам предъявляются более высокие требования по стабильности частоты. Обычно требуется долговременная относительная нестабильность частоты не хуже чем 10-6…10-8, что можно обеспечить, применяя кварцевые резонаторы. Добротность кварцевых резонаторов во много раз превышает добротность резонаторов на LC-контурах и составляет 104…106.

  Существует много схем кварцевых автогенераторов. Поэтому возникла необходимость рассмотреть наиболее часто применяемые на практике схемы. Общепринятая эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис.1. Динамическая индуктивность Ls, динамическая емкость Cs и сопротивление потерь Rs обусловлены наличием прямого и обратного пьезоэффекта и резонансными свойствами пьезоэлемента. Параллельная емкость Ср обусловлена межэлектродной емкостью пьезоэлектрика, емкостью корпуса и монтажа. Резонансная частота динамической ветви называется частотой последовательного резонанса кварцевого резонатора Fs. Добротность кварцевого резонатора Q определяется динамической ветвью в соответствии с формулой для последовательного колебательного контура Q =(2pFsLs)/Rs

  Частота параллельного резонанса Fp несколько выше Fs, что обусловлено параллельным резонансом Ср, Cs и Ls. Важным параметром кварцевого резонатора является отношение его параллельной емкости к динамической, обозначаемое г и называемое емкостным коэффициентом r=Cc/Cs

  По разным литературным источникам, емкостной коэффициент для АТ-среза кварца равен 220…250. Учитывая, что Cs/Cp<0,1, можно пользоваться приближенным выражением для частоты параллельного резонанса Fp=Fs(1+(Cs/2Cp)). Для емкостного коэффициента г>25 резонансный интервал, определяемый как разность между частотами параллельного и последовательного резонансов кварцевого резонатора, можно записать в виде dF=Fs/2r. На механических гармониках кварцевого резонатора резонансный интервал уменьшается и определяется выражением dFn=Fs/(2rn2), где n — номер гармоники.

  Емкостной коэффициент определяет величину резонансного промежутка резонатора, следовательно, девиацию частоты управляемого кварцевого генератора, стабильность частоты при изменении параметров схемы, условия возникновения и поддержания колебаний в схеме кварцевого автогенератора. Для оценки способности кварцевого резонатора возбуждаться, в некоторых схемах кварцевых генераторов используют параметр, называемый фактором качества. Он определяется как отношение добротности резонатора к его емкостному коэффициенту м=Q/r.

  Для кварцевых резонаторов значения М лежат в пределах от 1 до 10000. При М<2 реактивное сопротивление резонатора оказывается положительным (емкостным) и не имеет области индуктивной реакции. Следовательно, возбуждение такого резонатора в схемах кварцевых генераторов, требующих индуктивной реакции, становится невозможным. При М>2 резонатор имеет область индуктивной реакции, и чем больше значение М, тем эта область шире. На практике шире всего распространены два вида кварцевых генераторов: а) генераторы, в которых кварцевый резонатор является частью колебательного контура и эквивалентен индуктивности; б) генераторы, в которых кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи, используется как узкополосный фильтр и эквивалентен активному сопротивлению.

  Кварцевые генераторы, в которых кварцевый резонатор используется в качестве элемента контура с индуктивной реакций, называют осцилляторными, а генераторы, в которых кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи, называют генераторами последовательного резонанса.

  Осцилляторная схема кварцевого генератора с кварцем между коллектором и базой, выполненная по схеме с заземленным эмиттером (емкостная трехточка) приведена на рис.2.

  В настоящее время емкостная трехточка находит широкое применение в диапазоне частот до 22 МГц при работе резонатора на основной частоте, и до 66 МГц при возбуждении на третьей механической гармонике (рис.3). Автогенератор с кварцевым резонатором между коллектором и базой в схеме с заземленным по высокой частоте эмиттером, не склонен к паразитным колебаниям на ангармонических обертонах, имеет превосходную стабильность частоты при изменении питающего напряжения и температуры окружающей среды.

  Влияние изменений реактивных параметров транзистора, зависящих от напряжения питания и времени,ослабляется с ростом емкостей С1, СЗ (рис.2), т.е. с приближением рабочей частоты автогенератора к Fg. Однако чрезмерное увеличение емкостей приводит к ухудшению условий самовозбуждения. С другой стороны, с увеличением емкостей растет рассеиваемая на резонаторе мощность, что ведет к увеличению нестабильности генерируемой частоты. По техническим условиям рассеиваемая мощность на кварце ограничена 1…2 мВт. Однако в диапазоне частот 1…22 МГц при такой рассеиваемой мощности частота последовательного резонанса зависит от рассеиваемой мощности, а коэффициент пропорциональности составляет (0,5…2) •10-9 Гц/мкВт, поэтому для высокостабильных генераторов рассеиваемую мощность на резонаторе следует ограничить величиной 0,1…0,2 мВт.

  На практике рекомендуется выбирать емкости С1, СЗ так, чтобы частота генерации отстояла от Fs не более чем на четверть резонансного интервала. При возбуждении кварцевого резонатора на нечетных механических гармониках кварца, вместо резистора R3 включают катушку индуктивности Lк (рис.3). На частоте генерации контур Lк-С4 должен иметь емкостное сопротивление, т.е. его резонансная частота должна быть ниже частоты генерации. Параметры контура следует выбирать так, чтобы его собственная частота составляла 0,7…0,8 от частоты генерации. В результате контур имеет емкостную проводимость на частоте необходимой гармоники, что исключает возможность генерации на низших гармониках и основной частоте.

  В осцилляторных генераторах, работающих на частоте выше 22 МГц, резонатор обычно возбуждают на 3-й или 5-й гармонике, но не на более высоких, так как сильно сказывается влияние параллельной емкости. Чаще чем приведенная на рис.2, применяется емкостная трехточечная схема кварцевого генератора с кварцевым резонатором между коллектором и базой в схеме включения транзистора с заземленным коллектором (рис. 4). Эта схема особенно удобна для генераторов с электронной перестройкой частоты (при включении последовательно с кварцем варикапа), и имеет меньшее количество блокировочных элементов, чем схема с заземленным эмиттером. Многие специалисты в области кварцевых генераторов считают емкостную трехточку наилучшей из всех схем кварцевых генераторов, работающих на основной или 3-й механической гармонике резонатора. Следует отметить, что существует схема емкостной трехточки, не содержащая индуктивности, которая возбуждается на 3-й и 5-й гармониках.

  
Puc.4Puc.5

  Автогенератор с кварцем в контуре. Если в схеме на рис.4 последовательно с кварцем включить катушку индуктивности L1, это приведет к появлению новых свойств, т.е. в генераторе (рис.5) возможны автоколебания, не стабилизированные кварцевым резонатором. На высоких частотах, где реактивное сопротивление параллельной емкости резонатора меньше реактивного сопротивления динамической ветви кварцевого резонатора, возможно самовозбуждение через параллельную емкость Ср. Наличие индуктивности L1 означает возможность выполнения баланса фаз на

  частоте последовательного резонанса, а также в некоторой области расстроек ниже частоты последовательного резонанса. Индуктивность L1 обеспечивает выполнение баланса фаз в условиях, когда М<2, и эквивалентное реактивное сопротивление кварца не может иметь индуктивный характер. Это значит, что генератор с кварцем в контуре может работать на более высоких частотах и более высоких номерах механических гармоник кварцевого резонатора. Для исключения паразитного самовозбуждения через параллельную емкость Ср, которое наиболее вероятно на высоких частотах и на высших механических гармониках, параллельно резонатору включают резистор R1, который вносит потери в контур паразитного самовозбуждения.

  Снизить требования к активности кварцевого резонатора на механических гармониках можно при использовании схем генераторов последовательного резонанса. Так как при повышении частоты и номера гармоники активность кварцевого резонатора уменьшается из-за увеличения его эквивалентного сопротивления и повышения шунтирующего влияния статической (параллельной) емкости Ср, необходимо ее нейтрализовать или компенсировать. Нейтрализацию можно осуществить в мостовой схеме, где кварц помещают в одно из плеч сбалансированного моста.

  Мостовой автогенератор последовательного резонанса. В схеме, приведенной на рис.6, при точном балансе моста (Ср=С2, ХL1-2=ХL2-3) обратная связь осуществляется только через динамическую ветвь резонатора. На механической гармонике кварцевого резонатора резко возрастает проводимость последовательной ветви резонатора, мост разбалансируется, и при соответствующем выборе элементов схемы генератор возбуждается. Контур L1-C3 должен быть настроен на частоту требуемой гармоники.


Puc.6

  В этой схеме удается возбудить кварцевые резонаторы на 5-й или 7-й гармониках. Схемы с нейтрализацией статической емкости резонатора весьма критичны к режиму работы и сложны в регулировке, хотя их можно применять на частотах до 100 МГц. Верхний предел частот генератора с нейтрализацией обусловлен трудностью получения большого эквивалентного сопротивления контура с ростом частоты, так как начальную емкость контура нельзя сделать малой из-за паразитных емкостей.

  Схема Батлера (рис.7) характеризуется наибольшей устойчивостью к дестабилизирующим факторам в диапазоне до 100 МГц. Верхний предел генерируемых частот обусловлен ухудшением свойств эмиттерного повторителя. В схеме Батлера кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи между эмиттерами транзисторов. Транзистор VT1 включен по схеме с общим коллектором, а транзистор VT2 — с общей базой. Недостатком этой схемы является склонность к паразитному самовозбуждению из-за связи выхода со входом через параллельную емкость кварца Ср. Для устранения этого явления параллельно кварцу подключают катушку индуктивности, образующую совместно с параллельной емкостью кварца резонансный контур, настраиваемый на частоту паразитного колебания.


Puc.7

  Автогенератор по схеме Батлера на одном транзисторе с компенсацией Ср. На частотах до 300 МГц целесообразно применять однокаскадные схемы фильтров, например, схему фильтра с общей базой (рис.8). По существу, такой автогенератор представляет собой однокаскадный усилитель, в котором контур соединен с эмиттером биполярного транзистора через кварцевый резонатор, выполняющий роль узкополосного фильтра. Контур, образованный параллельной емкостью кварца Ср и катушкой L2, настраивают на частоту используемой гармоники. С увеличением рабочей частоты возрастают эквивалентные проводимости транзистора, т.е. выполнение условий самовозбуждения ухудшается. Однако, несмотря на это, условия самовозбуждения этого автогенератора на высоких частотах выполняются легче, чем автогенераторов с кварцем между коллектором и базой и кварцем в контуре, что определяет его преимущество.


Puc.8

  В заключение необходимо отметить, что рассмотренные схемы кварцевых генераторов не исчерпывают всего многообразия схем генераторов, стабилизированных кварцевым резонатором, и на выбор схемы решающее влияние оказывают наличие кварцевых резонаторов с необходимыми эквивалентными параметрами, требования к выходной мощности, к мощности, рассеиваемой на резонаторе, долговременной стабильности частоты и др.

  Немного о резонаторах. При выборе резонатора для генератора особое внимание следует обращать на добротность резонатора — чем она выше, тем стабильнее частота. Наибольшей добротностью обладают вакуумированные резонаторы. Но чем добротнее резонатор, тем он дороже. Часто встречаются резонаторы с большим уровнем побочных резонансов.

  В СССР, кроме резонаторов из кварца, выпускались резонаторы из ниобата лития (с маркировкой РН или РМ), танталата лития (с маркировкой РТ) и из других пьезоэлектриков. Так как эквивалентные параметры таких резонаторов отличаются от параметров кварцевых резонаторов, они могут не возбуждаться в схемах, в которых отлично работают кварцы, хотя частота, маркированная на корпусе, может быть одинаковой. У них могут быть хуже стабильность частоты и точность настройки. Предприятия СССР, как правило, выпускали кварцевые резонаторы с основной частотой до 20…22 МГц, а выше — на механических гармониках. Это связано с устаревшей технологией обработки кварцевых пластин. Зарубежные предприятия выпускают кварцы с основной частотой 35 МГц. Ведущие зарубежные фирмы выпускают резонаторы в виде так называемой обратной мезаструктуры, работающие на объемных колебаниях сдвига по толщине, у которых частота первой гармоники достигает 250 МГц! Используя такие кварцевые резонаторы в схемах генераторов, в которых в качестве колебательных систем применяются системы с распределенными параметрами индуктивности и емкости, можно получить высокостабильные колебания вплоть до частоты 750 МГц без умножения частоты!

О. БЕЛОУСОВ
г. Ватутино, Черкасской обл.
РЛ №6,7/2000

Источник: shems.h2.ru

Схема генератора для проверки кварцевых резонаторов. Генератор Пирса

Простейшая схема генератора для проверки кварцевых резонаторов

Схема Пирса — это, пожалуй, самая проста схема генератора с кварцевым резонатором. В этой схеме резонатор возбуждается на частоте параллельного резонанса. Схема содержит всего несколько деталей. Кроме кварцевого резонатора понадобиться один полевой транзистор с N-каналом, один резистор, один конденсатор и дроссель (катушка индуктивности).

Генератор возбуждается потому, что в схеме присутствует петля положительной обратной связи с истока транзистора на его затвор через конденсатор С и кварцевый резонатор ZQ. Такой генератор обладает очень хорошей стабильностю частоты, которая мало зависит от напряжения питания и температуры окружающей среды. Схему можно использовать как задающий генератор во многих радиолюбительских конструкциях, а также в качестве устройства для проверки работоспособности кварцевых резонаторов.

Компоненты схемы

Конденсатор можно применить любого типа. Хорошо использовать слюдяной конденсатор, но сейчас их достаточно трудно найти в продаже.

Транзистор

Полевой транзистор с каналом N-типа 2N5485 можно купить в магазине радиодеталей, но дешевле будет заказать в Китае на Алиэкспресс. Транзисторы там продаются партиями по несколько десятков штук. Такие транзисторы можно с успехом использовать в целом ряде радиолюбительских конструкций.

Резистор

Любой маломощный резистор сопротивлением около 10 мегаом. Возможно у вас не окажется в хозяйстве резистора с таким высоким сопротивлением. Выпаять его из какой-нибудь старой платы тоже проблематично, так как резисторы с сопротивлением 10 мегаом используются не так часто. Резистор можно купить в магазине или заказать в Китае на Алиэкспресс. Можно также составить его из нескольких резисторов более низкого сопротивления, соединив их последовательно.

Дроссель

Дроссель можно использовать любого типа. Можно намотать его на небольшом ферритовом кольце, измерив индуктивность мультиметром, чтобы она была близка к обозначенной на схеме. Точное значение индуктивности здесь не имеет значение, так как катушка не несет частото-задающей функции. Дроссель служит нагрузкой транзистора по постоянному току, отсекая высокочастотную составляющую.

Схема мощных кварцевых генераторов для мостовых измерителей » Паятель.Ру


При наладке антенн удобно пользоваться мостовым измерителем сопротивления антенны. Но для его работы требуется подведение к нему значительной мощности — как минимум 50 мВт. При настройке антенны на крыше не всегда удобно пользоваться радиостанцией как источником ВЧ напряжения для измерительного моста. В данном случае решить проблему питания моста поможет генератор, схема которого показана на рисунке 1. Генератор содержит три генератора, по одному для каждого диапазона, выполненных на транзисторах КТ606А, с отдельными контурами и выходами, которые переключаются при помощи S1 путем переключения питания.


Данные катушек для работы в различных диапазона приведены ниже. Генератор может работать на третьей гармонике кварцевого резонатора.

При работе на третьем диапазоне транзистор существенно нагревается, особенно если он работает на третьей гармонике резонатора. Поэтому, в этом случае необходимо либо снижать напряжение питания, либо контролировать, во время работы, температурный режим транзистора.

В первом диапазоне генератор потребляет ток 30-60 мА, во втором — 60-80 мА, и в третьем 60-150 мА, при этом мощность выходного сигнала на первом диапазоне около 100 мВт, на втором около 80-90 мВт, и на третьем около 80 мВт. Мощность измерялась на нагрузке сопротивлением 50 Ом.

Генератор выполнен в корпусе из фольгированного стеклотекстолита. Транзисторы всех трех генераторов, входящих в состав генератора находятся на одном общем радиаторе из алюминиевой пластины размерами 80x50x4 мм.

Генератор обеспечивает практически синусоидальное выходное напряжение, работоспособен в интервале питающих напряжений от 5 до 16 В.

Данные катушек такие:

Для первого диапазона (частота 1,5-5,5 МГц) — L1 (20 мкГн) — 40 витков провода ПЭВ 0,8, с отводом от 20-го витка, диаметр каркаса 32 мм, длина намотки 50 мм. L2 — 10 витков тогоже провода на томже каркасе. Для второго диапазона (частота 4,5-15 МГц) — L1 (3 мкГн) — 15 витков ПЭЛ 0,8, отвод от 8-го витка, диаметр каркаса 20 мм, длина намотки 20 мм, L2 — 6 витков того же провода, на таком же каркасе.

Для третьего диапазона (частота 10-32 МГц) — L1 (0,7 мкГн) — 11 витков провода ПЭВ 1,0, отвод от 6-го витка, диаметр каркаса 16 мм, длина намотки 30 мм, L2 — 4 витка того же провода на том же каркасе.

Генератор Клаппа на основе кварцевого резонатора

В рамках заметки Паяем генератор Клаппа с частотой 11 МГц мы познакомились с генератором на основе LC-контура. В целом, такие генераторы работают, однако не отличаются устойчивостью по частоте. Поэтому сегодня мы рассмотрим аналогичный генератор, но использующий кварц вместо LC-контура.

Схема была найдена в первом томе книги Hands-On Radio Experiments за авторством Ward Silver, NØAX. В книге она приведена с кое-какими неоднозначностями, поэтому была перерисована в KiCad.

Вот что получилось в итоге:

Обратите внимание, что сигнал снимается с базы транзистора и соединение между базой (2) и коллектором (3) отсутствует. Транзистор рекомендуется 2N3904, но если его нет, должен сойти и похожий по характеристикам. Все резисторы — 0.25 Вт 1%, все конденсаторы — NP0, 5%. Кварцевый резонатор должен быть той частоты, какой вы хотите получить сигнал. У меня завалялся лишний резонатор на 6 МГц, его я и использовал.

Fun fact! Вместо конкретного кварца можно впаять гнезда с шагом 2.54 мм. Тогда вместо генератора получится тестер кварцевых резонаторов.

Схема была собрана на односторонней плате для прототипирования с использованием выводных компонентов:

Напомню, что соединения в подобных схемах должны быть как можно короче. Если не лень заморочиться, лучше использовать SMD компоненты. Напомню также, что если вы хотите сделать такую схему на макетке, берите резонатор на 1-2 МГц. Из-за паразитных эффектов генератор на большую частоту вряд ли заведется на макетке.

Осциллограф показал мне следующее:

Если добавить буфер, как это было описано в прошлой статье, сигнал будет выглядеть красивее. При этом генератор будет выдавать в нагрузку 50 Ом около -16 dBm на своей основной частоте. Заинтересованным читателям предлагается доработать схему соответствующим образом в качестве упражнения.

Плывет ли генератор, можно проверить с помощью анализатора спектра, установив Span в 1 кГц, RBW — в 10 Гц, и воспользовавшись функцией Max Hold. За неимением анализатора спектра можно воспользоваться RTL-SDR. Генератор стоит на своей частоте, словно его прибили гвоздями. Если нагреть его зажигалкой или охладить при помощи баллона со сжатым газом, то частота уплывает не более, чем на ±110 Гц. Для сравнения, частота сделанного нами в прошлый раз LC-генератора изменяется в пределах ±15 кГц просто при комнатной температуре.

Если вам хочется узнать больше о кварцевых резонаторах, могу порекомендовать видео «Frequency Generation: Crystals and Ring Oscillators» (части один, два, три и четыре) на YouTube-канале The Signal Path. А у меня на этом все.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Кварцевый генератор на логическом инверторе 74HC04 и Генератор переменной частоты Super VXO.

Метки: Электроника.

Схема контактов кварцевого генератора

, подключения, характеристики и техническое описание

Кристаллические генераторы

имеют два вывода, для кристаллов нет полярности, поэтому их можно подключать в обоих направлениях.

Характеристики и характеристики

  • Емкость нагрузки 18 пФ
  • Диапазон допуска по частоте (f / f) составляет ± 30ppm
  • Диапазон стабильности частоты и температуры ± 50 ppm
  • Резонансное сопротивление 40 Ом (макс.)
  • Режим колебаний: основной режим
  • Емкость шунта менее 7 пФ
  • Уровень возбуждения менее 100 мкВт
  • Диапазон рабочих температур: от -20 до + 70 ° C
  • Рабочий диапазон температур: от -25 до + 85 ° C
  • Диапазон температур хранения: от -55 до + 125 ° C
  • Сопротивление изоляции: 500 МОм

Популярные кварцевые генераторы

8 МГц, 11. 0592 МГц, 12 МГц, 16 МГц, 20 МГц, 32 МГц

На рынке доступно множество других кварцевых генераторов с другой частотой.

Краткая информация о кварцевом генераторе

Кристаллический осциллятор представляет собой схему электронного осциллятора, которая использует механический резонанс вибрирующего кристалла пьезоэлектрического материала для генерации электрического сигнала с точной частотой. Он также имеет автоматическую регулировку амплитуды и очень низкий дрейф частоты из-за изменения температуры.Кристаллические генераторы подходят только для высокочастотных приложений.

Каждому микроконтроллеру нужен кварцевый генератор . , при выборе кварцевого генератора старайтесь покупать кремниевый генератор, если точность и приемлемая стоимость, в противном случае выбирайте кварцевый кристалл.

Электрические эквиваленты

Кварцевый генератор — это пьезоэлектрическое устройство, используемое для преобразования электрической энергии в механическую. Преобразование происходит на резонансной частоте.Упрощенный электрический эквивалент кварцевого генератора приведен ниже:

Кристаллический генератор работает по принципу обратного пьезоэлектрического эффекта, приложенное электрическое поле вызывает механическое искажение некоторого материала. Следовательно, он использует механический резонанс вибрирующего кристалла, который создается через пьезоэлектрический материал для генерации электрического сигнала определенной частоты.

Резонансная частота серии

фс = 1 / 2π√ (L1C1)

Частота параллельного резонанса

фп = 1 / 2π√ (C1C2 / C1 + C2)

Кристаллический осциллятор

с микроконтроллером

Источники синхронизации, используемые для микроконтроллеров, основаны на механических резонансных устройствах, таких как кварцевый генератор.Все микроконтроллеры имеют специальные контакты для подключения кварцевого генератора. Контакты обычно называются XTAL1 и XTAL2, здесь соединение кварцевого генератора с микроконтроллером показано ниже:

Причина использования двух конденсаторов, соединенных последовательно с кварцевым генератором, состоит в том, чтобы резонировать с индуктивностью кристалла, которая заставляет кристалл колебаться в своей основной параллельной резонансной моде.

Есть несколько факторов, которые влияют на стабильность частоты генератора, например, изменение температуры, нагрузки и питания.

Приложения
  • Используется в синтезаторах частот
  • Используется в приемниках специального назначения
  • Используется как кварцевые часы в микропроцессорах
  • Применение кристаллического осциллятора Колпитца
  • Кристаллический осциллятор Армстронга
  • Военная и аэрокосмическая промышленность
  • Радиотелевизионные передатчики
Тактовые генераторы

, кварцевые генераторы (XO), тактовые генераторы с управлением напряжением

Renesas предлагает кварцевые генераторы (XO) и программируемые микросхемы FemtoClock ® NG для удовлетворения потребностей практически любого приложения. Семейства кварцевых генераторов XL, XA, XU, XF и XP — это высокопроизводительные источники тактовых импульсов с низким уровнем джиттера, с типичным среднеквадратичным фазовым джиттером до 120 фс и предлагаются с различными частотами, уровнями производительности, типами выходных сигналов, стабильностью, входными сигналами. напряжения, корпуса, конфигурации выводов и температурные классы. Устройства FemtoClock NG — выбор продвинутых разработчиков систем, которым нужен источник тактовых импульсов с высокой производительностью и непревзойденной гибкостью в стандартном корпусе кварцевого генератора.

Настройте осциллятор прямо сейчас

Рекомендуемые изделия с кварцевым генератором

Программируемые тактовые генераторы XP, XF

Семейство Renesas XP / XF разработано для центров обработки данных, оптических и проводных сетей связи, а также оборудования промышленного уровня, которому требуются очень малошумные, стабильные и точные источники синхронизации. Типичный фазовый джиттер составляет 120 фс в полосе частот от 12 кГц до 20 МГц. Доступен в широком диапазоне частот от 15 МГц до 2100 МГц с размером корпуса до 2.0 мм x 2,5 мм.

Короткое время выполнения, низкий уровень шума, широкий частотный диапазон, отличные характеристики окружающей среды, минимальные инженерные усилия для включения этого в вашу конструкцию делают устройства XF / XP отличным выбором по сравнению с другими технологиями. Семейство XP / XF обладает стабильностью до ± 25 частей на миллион для температуры от -40 ° C до +85 ° C и ± 50 частей на миллион для температуры от -40 ° C до +105 ° C.

XL, XA (автомобильная промышленность) и XU Высокопроизводительные тактовые генераторы

Кварцевые генераторы Renesas XL, XA (соответствует AEC-Q200) и XU доступны с выходами HCMOS, LVPECL, LVDS и HCSL.Семейства XU и XL / XA имеют тип 300fs и 750fs. Среднеквадратичное фазовое дрожание (12 кГц — 20 МГц) соответственно. Предлагаются устройства с вариантами стабильности частоты ± 20 ppm, ± 25 ppm, ± 50 ppm или ± 100 ppm и малым временем выполнения заказа для пользовательских частот от 16 кГц до 1,5 ГГц. Эти продукты имеют стандартные корпуса (3,2 мм x 2,5 мм, 5 мм x 3,2 мм, 7 мм x 5 мм) и распиновку. Эти продукты обладают характеристиками, ценой и доставкой, чтобы удовлетворить ваши требования к дизайну. Приложения включают в себя: сеть, систему технического зрения, информационно-развлекательную систему, связь, ввод-вывод данных, хранилище и серверы.

Семейство программируемых кварцевых генераторов FemtoClock NG

Устройства

FemtoClock NG 5 мм x 7 мм представляют собой кварцевые генераторы (<0,5 пс RMS), которые обеспечивают тактовые частоты LVPECL, LVDS и LVCMOS с частотами от 15,48 МГц до 1300 МГц. В устройствах используется технология ФАПЧ с дробной обратной связью 4-го поколения Renesas и интегрированный кристалл в корпус. Каждое устройство имеет набор из четырех определяемых пользователем частот, которые предварительно запрограммированы на заводе. Дополнительный интерфейс программирования I 2 C позволяет получить доступ к внутренним регистрам ФАПЧ для изменения выходной частоты. Кварцевый генератор, управляемый напряжением (VCXO), также позволяет конфигурировать абсолютный диапазон вытягивания (APR) от ± 7,5 до ± 757,5 частей на миллион. Совместимые со стандартными 6-контактными керамическими корпусами 5 мм x 7 мм, эти устройства являются идеальной альтернативой классическим кварцевым генераторам, SO, VCXO и VCSO с дополнительным преимуществом 4-контактного интерфейса для программирования выходной частоты. Эти тактовые генераторы можно заказать со встроенными кристаллами с точностью ± 20, ± 50 или ± 100 ppm.

Малошумящие кварцевые генераторы малой мощности

Кварцевые генераторы Renesas — это маломощные кварцевые генераторы, которые можно использовать в стандартных корпусах кварцевых генераторов 5 мм x 7 мм.Характеристики фазового шума кварцевых генераторов Renesas позволяют использовать их в качестве опорных тактовых импульсов для приложений, чувствительных к фазовому шуму. Генераторы малой мощности идеальны для генерации тактовых импульсов, где опорные тактовые импульсы с низким фазовым шумом увеличивают расстояние передачи или уменьшают частоту ошибок по битам и ошибки преобразования в линиях передачи данных. Дополнительные примеры использования приложений можно найти в беспроводной инфраструктуре радио и модулях обработки основной полосы частот, высокоскоростной синхронизации SerDes (например, S-RIO 1.3 и 2.1), PCI Express® поколения 1, 2 и 3, различные интерфейсы Ethernet (Gigabit Ethernet, XAUI и 10Gbit Ethernet), оптические интерфейсы в приложениях SDH / SONET (OC-12, OC-48 и OC-192) и в управление устройствами ЦАП / АЦП в измерительных приборах.

Ключевые критерии выбора для ИС кварцевого генератора

В то время как физические поверхности имеют тенденцию к стандартизации, микросхемы кварцевых генераторов предлагают различные функции и уровни производительности. Ключевые атрибуты включают:

  • Тип выхода: это сигнальный тип выхода, который требуется для схемы кварцевого генератора.Renesas предлагает CML, HCMOS, LVCMOS, HCSL, LVDS и LVPECL.
  • Диапазон выходной частоты: допустимый диапазон выходных частот. Renesas предлагает кварцевые генераторы для частотных потребностей всех популярных приложений.
  • Напряжение ядра: напряжение питания, используемое для питания устройства. Обычно это определяется шинами питания, доступными в системе, и часто влияет на уровни выходного напряжения. Генераторы малой мощности Renesas предлагаются в 1.Варианты 8 В, 2,5 В и 3,3 В.
  • Фазовое дрожание: определяется как нежелательное отклонение от идеального периодического сигнала синхронизации. Генераторы Renesas с низким энергопотреблением обеспечивают типичный среднеквадратичный фазовый джиттер до 120 фс, интегрированный на частотах от 12 кГц до 20 МГц для высокопроизводительных приложений.

О замене кварцевых генераторов и кварцевых генераторов

Кварцевый генератор (или тактовый генератор) использует механический резонанс вибрирующего кристалла или пьезоэлектрического материала для создания электрического сигнала с точной частотой.Эта частота обычно используется для обеспечения стабильного тактового сигнала для цифровых интегральных схем в системе. Наиболее распространенным типом используемых пьезоэлектрических резонаторов является кристалл кварца. В общем, схема кварцевого генератора поддерживает колебания, принимая сигнал напряжения от резонатора, усиливая его и возвращая в резонатор. Когда энергия генерируемой выходной частоты совпадает с потерями в цепи, колебания могут поддерживаться. Renesas предлагает тысячи устройств синхронизации (например, кварцевых генераторов / тактовых генераторов) для удовлетворения потребностей большинства приложений.

% PDF-1.6 % 53 0 объект > эндобдж xref 53 91 0000000016 00000 н. 0000002533 00000 н. 0000002625 00000 н. 0000002750 00000 н. 0000002781 00000 н. 0000004477 00000 н. 0000005085 00000 н. 0000005492 00000 п. 0000005912 00000 н. 0000006272 00000 н. 0000006300 00000 н. 0000006420 00000 н. 0000006563 00000 н. 0000006810 00000 н. 0000007067 00000 н. 0000007323 00000 н. 0000007576 00000 н. 0000007689 00000 н. 0000009529 00000 н. 0000009945 00000 н. 0000010194 00000 п. 0000012354 00000 п. 0000014413 00000 п. 0000016008 00000 п. 0000016380 00000 п. 0000016513 00000 п. 0000016644 00000 п. 0000016704 00000 п. 0000016962 00000 п. 0000018965 00000 п. 0000019097 00000 п. 0000021023 00000 п. 0000022124 00000 п. 0000023850 00000 п. 0000024097 00000 п. 0000024558 00000 п. 0000024788 00000 п. 0000024870 00000 п. 0000024923 00000 п. 0000067572 00000 п. 0000076562 00000 п. 0000099412 00000 н. 0000107189 00000 п. 0000143999 00000 н. 0000149148 00000 н. 0000183541 00000 н. 0000183788 00000 н. 0000184266 00000 н. 0000184387 00000 н. 0000184532 00000 н. 0000184965 00000 н. 0000185152 00000 н. 0000185586 00000 н. 0000185774 00000 н. 0000198697 00000 н. 0000198949 00000 н. 0000199019 00000 н. 0000199365 00000 н. 0000199392 00000 н. 0000199854 00000 н. 0000220413 00000 н. 0000220661 00000 п. 0000220731 00000 н. 0000220894 00000 н. 0000220921 00000 н. 0000221223 00000 н. 0000228629 00000 н. 0000228877 00000 н. 3Z ] \\; @

Arduino from Scratch Часть 9: Кристаллический осциллятор 16 МГц

В Части 8 мы рассмотрели все различные подсхемы, окружающие микроконтроллер ATMEGA16U2, за исключением кварцевого генератора 16 МГц (XTAL) и вспомогательных компонентов.Этот раздел заполняет этот пробел и дополняет подсистему 16U2.

Создайте Arduino UNO R3 с нуля Содержание


Официальная схема кристаллического генератора 16 МГц

[info_box color = ”red”] Хорошо, я сказал, что не собираюсь больше зацикливаться на качестве схемы, просто посмотрите на это. Это беспорядок! Не хватает только пятна от кофейного кольца посередине. [/ Info_box]

xtal действует как невероятно быстрый метроном для вашего микроконтроллера.Этот маленький кусочек кварца бьет 16 миллионов раз в секунду и делает это с довольно хорошей точностью. К сожалению, на официальной схеме нет информации о производителе для него! Только «16Mhz». Поэтому нам нужно немного покопаться, чтобы понять, как правильно выбрать эту часть. Я сильно опирался на приложение Crystal Oscillator Basics от Microchip, объясняя мне многие из следующих спецификаций. Также невозможно понять это, не имея справочного листка Atmel ATMEGA16U2.

Во-первых, в таблице данных говорится, что мы можем использовать кварцевый генератор или керамический резонатор. Осмотревшись, я не смог найти резонатор с той точностью, которую я хотел (надеюсь, 30 ppm или меньше), поэтому кварцевый генератор (xtal) был правильным решением. Но какой? Поиск кристаллов 16 МГц на сайте parts.io дал 104 000 результатов!


Частота

Как быстро это должно быть? В таблице данных (таблица 8-3 стр. 30) указано, что допустимы любые генераторы от 400 кГц до 16 МГц.Однако чем быстрее работает ваш осциллятор, тем больше энергии вы, вероятно, потребляете. Теперь, поскольку мощность для нас не является проблемой (хорошо, это может быть, если у вас разряжается батарея), мы могли бы просто сказать: «Черт, давайте перейдем к 16 МГц! ВУТ! ». У нас действительно есть минимальная скорость, навязанная нам по очень специфической причине: поскольку мы используем USB-сигналы, мы должны использовать как минимум кристалл с частотой 8 МГц. Техническая причина, по которой в качестве рабочей скорости была выбрана 16Mhz, мне непонятна, поскольку единственное, что делает 16U2 micro, — это преобразование USB / Serial, которое легко может быть выполнено на 8Mhz.Мы используем внутренний USB-стабилизатор напряжения, что означает, что наш VCC имеет минимум 4,0 В, а использование кристалла 16 МГц разрешено при 4,5 В VCC, так что, возможно, это был случай «ну, мы собираемся с 5 В VCC. по всем направлениям, так что мы можем дать себе дополнительную скорость ». В качестве альтернативы, это могло быть перспективное планирование, позволяющее более широко использовать 16U2 в будущем. В конце концов, это мог быть случай «эй, у нас действительно хорошая сделка на эти 16-мегагерцовые кристаллы». тоже.

Хорошо, мы используем кристаллический осциллятор 16 МГц.Глядя на это на parts.io, вы видите ошеломляющий набор возможных критериев выбора, ни один из которых не описан в таблице данных.


Фундаментальный или обертонный

Чем быстрее ваш кристалл гудит, вы в конечном итоге достигнете точки, где он уже не сможет гудеть быстрее, в этот момент вы не используете реальную частоту, которую он генерирует (основную частоту), вместо этого вы используете поверх нее обертон. Обертон похож на высокий тон, который вы слышите, когда дергаете за гитарную струну. Конечно, вы слышите ми, соль или ре и т. Д., Но особенно по мере уменьшения громкости вы можете слышать обертон, на много октав превышающий исходный звук.Вот как вы можете использовать генератор на частоте выше его основной частоты. К счастью для нас, это действительно все, что касается RF, и мы можем просто использовать кварцевый генератор основной частоты, не беспокоясь о том, что нам понадобится 3-й, 5-й, 7-й или 9-й обертон.


Серия

в сравнении с параллельным резонансом

Честно говоря, я не совсем понимаю концепции последовательного и параллельного резонанса, выходящие за рамки базовой теории, и чем больше я вникаю в это, тем больше я нахожу цыпленка против.Проблема с яйцом: большинство приложений и веб-сайтов копируют / вставляют одну и ту же фразу: «Последовательные резонансные кристаллы предназначены для использования в схемах, которые не содержат реактивных компонентов в контуре обратной связи генератора. Параллельные резонансные кристаллы предназначены для использования в схемах, которые содержат реактивные компоненты (обычно конденсаторы) в контуре обратной связи генератора ». За исключением того, что у вас не было бы конденсаторов в цепи, если бы она не была параллельна в первую очередь, потому что последовательный резонансный кристалл эффективен только при отсутствии конденсаторов.И тем не менее, все они также относятся к возможности управлять часами с помощью защитных колпачков, даже при использовании последовательных резонансных кристаллов.

В статье Википедии о режимах резонанса кварцевого генератора говорится, что последовательный резонанс обычно используется с кристаллами выше 30 МГц.

Итак, давайте использовать некоторую боковую логику, чтобы помочь принять решение…

  • Каждый дизайн кристаллической схемы, который я когда-либо создавал, выглядит точно так же, как этот, и они всегда были параллельны.
  • На складе дистрибьюторов примерно в два раза больше параллельных кристаллов, чем последовательных кристаллов.
  • Индекс популярности компонентов на сайте parts.io показывает, что все 10 лучших кристаллов 16 МГц продаются параллельно.

Признаюсь, это дерьмовый способ принимать инженерное решение, но это то, что есть. Давайте просто продолжим параллель и позаботимся о последовательных резонаторах, когда мы начнем строить радиолокационные системы или что-то в этом роде.


Допуск частоты

Допуск по частоте (как уже упоминалось выше) измеряется в частях на миллион (PPM). Это легче понять, если говорить о 32.Кристалл 768 кГц, используемый с часами реального времени. В идеале кристалл будет издавать 32 768 звенящих сигналов в секунду или, если подумать, по-другому, микросхема часов интерпретирует одну секунду как возникшую каждые 32 768 звонков. Если ваш кристалл отклоняется на какое-то значение «x» PPM в любом случае, то у вас будет либо слишком много звонков за одну секунду, а это означает, что ваши часы идут быстро, потому что они достигли 32 768 звонков быстрее, чем идеальный, либо слишком мало dingalings за одну секунду, что означает, что ваши часы идут медленно, потому что для полного подсчета dingalings потребовалось слишком много времени.

Вы можете прочитать все необходимые расчеты по ссылке «Часы реального времени» выше, но именно это означает PPM… чем больше значение PPM, тем предположительно медленнее или быстрее работает ваш осциллятор. Вы хотите, чтобы это число было как можно меньше, при этом более низкие значения означают более высокую стоимость компонента. Типичные значения — 10, 20 или 30 частей на миллион. Выше 30 — это неточно, ниже 10 начинает попадать на территорию «нестандартного кристалла».


Стабильность частоты и старение

Стабильность частоты и старение также указаны в PPM и отражают ожидаемое отклонение от идеального, основанное либо на факторах окружающей среды (механическая вибрация, колебания температуры и т. Д.), Либо на фактическом возрасте компонента.Как и в случае с допуском, чем ниже эти числа, тем дороже компонент. Мы не занимаемся какими-то сумасшедшими промышленными или аэрокосмическими приложениями, поэтому меня действительно не волнуют эти ценности.


Емкость нагрузки

Значение емкости нагрузки указано в пикофарадах и представляет собой емкость конденсатора, необходимого для вывода кристалла на заданную частоту и, таким образом, обеспечения стабильного и точного отсчета времени. Все, что вам нужно сделать, это купить пару крышек с таким значением, и вы станете золотым.


16 МГц Crystal Choice

Перебрав все вышеперечисленные данные и немного поискав на сайте parts.io, я наконец выбрал Fox Electronics FOXSLF / 160-20e. Вот как это сочетается со спецификациями, перечисленными выше…

Спецификация Желаемая характеристика FOXSLF / 160-20e Спецификация
Частота 16 МГц 16 МГц
Фундаментальный или обертонный Фундаментальный Фундаментальный
Последовательный или параллельный резонанс Параллельный Параллельный
Допустимое отклонение частоты Менее 50 ppm 30 ppm
Емкость нагрузки Любое значение подходит 20 пФ

Для этого кристалла я выбрал пару конденсаторов Kemet 20 пФ, C0805C200G5GACTU, с хорошим жестким допуском в 2%.Два конденсатора и кристалл выше будут обеспечивать внешний источник генератора для ATMEGA16U2 на нашей Arduino From Scratch.


Параллельный резистор

Параллельный резистор на официальной схеме появился из ниоткуда, и я не могу найти никаких причин для его присутствия. Он не упоминается ни в таблицах данных xtal, ни в 16U2, поэтому я не понимаю, почему он существует. Я заменяю его резистором 0 Ом, поэтому, если он окажется необходимым, его можно добавить.

Благодаря значительному количеству очень полезных вкладов и наставлений Филиппа Фрейдина, который также указал мне направление нескольких заявлений о кристаллах, я гораздо лучше понимаю необходимость этого параллельного резистора.

Этот резистор фактически действует как резистор обратной связи для внутреннего инвертора микроконтроллера, к которому подключен кристалл, и смещает вход инвертора в линейную область. «Смещение в линейную область» означает, что он усиливает колебания кристалла без полного насыщения на одной из шин напряжения. Когда в систему впервые подается питание, этот резистор обратной связи помогает компонентам, составляющим схему генератора, как внутренним по отношению к микро, так и внешним компонентам, которые мы предоставляем, быстрее получать сигнал с правильной частотой.

Одно из наиболее ценных приложений, которое я читал, — это от Crystek: http://www.crystek.com/documents/appnotes/Pierce-GateIntroduction.pdf. Значение резистора 1 МОм, указанное на официальной схеме, подкреплено значениями, указанными в этом приложении, поэтому я также включу его в свою схему.


Полная схема KiCad ATMEGA16U2 и спецификация

И снова вот уменьшенная подсистема ATMEGA16U2, нарисованная в KiCad.

Вот спецификация подсистемы ATMEGA16U2: Arduino UNO R3 с нуля Спецификация подсистемы ATMEGA16U2

В части 10 настало время для большого мальчика, который отвечает за создание этого устройства, подсистему ATMEGA328P.

ОБНОВЛЕНИЕ

Вот обновленная часть кристаллической схемы, выделенная резистором 1M ..

% PDF-1.5 % 132 0 объект > / OCGs [188 0 R] >> / OpenAction [133 0 R / Fit] / Outlines 161 0 R / PageLabels 127 0 R / PageMode / UseOutlines / Pages 129 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 234 0 объект > поток конечный поток эндобдж 148 0 объект > эндобдж 161 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 129 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 1 0 объект > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 176 0 объект > / Resources> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / Thumb 178 0 R / TrimBox [0.0 0,0 612,0 792,0] / Тип / Страница >> эндобдж 177 0 объект > эндобдж 178 0 объект > поток HW = v6uSȍXImU: VLL # riWr4K! XO * tc \ ‘3HH ٗ 2 x? | A

TCXO кварцевый генератор с температурной компенсацией »Примечания к электронике

Кварцевые генераторы с температурной компенсацией, TCXO используются, когда требуется более высокий уровень точности и стабильности, чем это возможно со стандартным кварцевым генератором.


Кристаллы кварца, Учебное пособие Xtals Включает:
Кристаллы кварца: xtals Что такое кварц Как работает кристалл Кристаллический обертон Вытягивание частоты кристалла кварца Кристалл кварца огранки Кварцевое старение Изготовление кристаллического резонатора Как указать кристалл кварца VCXO TCXO OCXO Кристаллический фильтр Монолитный кристаллический фильтр Керамический резонатор и фильтр Характеристики керамического фильтра


Как видно из названия, кварцевый генератор с температурной компенсацией обеспечивает средства противодействия изменению частоты, вызванному изменением температуры в кварцевом генераторе.

Буквы TCXO обозначают Xtal осциллятор с температурной компенсацией — Xtal — это короткое от кристалла и подразумевает кварцевый кварцевый резонатор. Модуль TCXO может обеспечить значительно улучшенные характеристики по сравнению со стандартным кварцевым генератором, особенно с точки зрения стабильности частоты в диапазоне температур.

Путем измерения температуры и приложения корректирующего напряжения к VCXO стабильность частоты в диапазоне температур значительно улучшается при сохранении низких затрат — при использовании кварцевого генератора, управляемого печью, OCXO будет значительно дороже и намного больше по размеру.

Часто широкий спектр TCXO с различными частотами, напряжениями питания и комплектами доступен от многих дистрибьюторов, что позволяет использовать эти электронные компоненты или модули во многих общих электронных конструкциях, схемах ВЧ и т. Д.

Температурные характеристики кварцевого генератора

Кварцевые генераторы

способны обеспечить гораздо лучший уровень производительности, чем у контуров LC-резонаторов. Тем не менее, кварцевые генераторы по-прежнему подвержены влиянию температуры.

Угол среза и другие аспекты кристалла кварца имеют большое влияние на характеристики.

Типичная технология поверхностного монтажа TCXO

В результате определяются специальные насечки, и одна из них, известная как AT, является наиболее широко используемой для этих и многих других радиочастотных применений на кварцевых кристаллах. Это обеспечивает хороший уровень производительности для ВЧ-цепей с точки зрения подавления нежелательных форм вибрации, а также доступный частотный диапазон, а также температурную стабильность.

Несмотря на это, кристаллы огранки AT сами по себе не могут соответствовать требованиям для многих применений, и требуется температурная компенсация, если они должны работать удовлетворительно в требуемом диапазоне — часто требуется 1 — 70 ° C при эластичности.

Температурно-частотная характеристика кварцевого резонатора (АТ-срезанный кристалл)

Влияние температуры в значительной степени воспроизводимо и поддается определению. Поэтому можно использовать электронную конструкцию для компенсации этого. Добавляя дополнительные электронные компоненты к базовому генератору, можно значительно уменьшить эффекты, вызванные изменениями температуры: кварцевый генератор с температурной компенсацией, TCXO.

Типичное сравнение типичных или ожидаемых уровней производительности приведено в таблице ниже:


Обзор производительности TCXO
Диапазон температур Базовый кварцевый генератор TCXO
от 0C до 70C ± 25 частей на миллион ± 1,5 частей на миллион
от -20 ° C до 70 ° C ± 30 частей на миллион ± 2.5 страниц в минуту
от -40 ° C до 85 ° C ± 40 частей на миллион ± 3 частей на миллион
На рисунке показаны типичные цифры, которые можно ожидать для TCXO и стандартного кварцевого генератора.

Примечание: Эти показатели производительности являются очень обобщенными и могут использоваться только в качестве ориентировочного ориентира. Точные цифры будут зависеть от используемого изделия, и цифры для них должны быть получены из паспортов производителя.

Раствор TCXO

TCXO регулирует частоту генератора, чтобы компенсировать изменения, которые произойдут в результате изменений температуры. Для этого основным элементом TCXO является кварцевый генератор, управляемый напряжением, VCXO. Он подключен к цепи, которая измеряет температуру и прикладывает небольшое корректирующее напряжение к генератору, как показано ниже.

Блок-схема TCXO

Общий генератор с регулируемой температурой состоит из ряда различных элементов:

  • Компенсационная сеть: Компенсационная сеть является ключом к работе всей системы.Примерная кривая температурной частотной характеристики генератора показана выше. Фактическая кривая может быть приблизительно выражена в форме полиномиального выражения 3-го порядка, хотя более точное представление учитывает некоторые нелинейности и оказывается близким к полиному 5-го порядка. Компенсационная сеть должна определять температуру и вырабатывать напряжение, обратное этому.

    В ранних электронных конструкциях TCXO использовались аналоговые схемы и часто напрямую использовалась сеть электронных компонентов, включая конденсаторы, резисторы и термисторы, для непосредственного управления частотой колебаний.Этот тип схемы включал в себя как блоки на схеме компенсационной цепи, так и блок регулирования частоты кристалла. Даже сегодня доступны некоторые из этих более простых аналоговых TCXO.

    Компенсационное напряжение, используемое в TCXO

    . В настоящее время технологии обычно используют косвенный подход, когда температура измеряется в компенсационной сети и генерируется напряжение, которое обеспечивает изменение частоты, обратное температурной кривой. Это может быть достигнуто с помощью некоторой относительно простой цифровой обработки, обеспечивающей лучшую линеаризацию с использованием PROM или другой памяти с температурной кривой, обратной кривой кристалла.Это позволяет правильно линеаризовать все участки кривой.

    В целом кривые кристалла относительно схожи от одного устройства к другому, хотя есть некоторые вариации, так что это может быть небольшим компромиссом. Используя подход PROM, можно создать кривую для каждого отдельного кристалла, хотя это значительно увеличит стоимость.

    Во многих случаях схема обработки включается в специальную ASIC, чтобы ее можно было адаптировать к приложению с одновременной оптимизацией производительности с точки зрения потребления тока.

  • Схема включения генератора: После того, как напряжение было сгенерировано, оно подается на схему, которая может изменять частоту кварцевого генератора. Обычно конструкция ВЧ-схемы включает в себя варакторный диод и некоторую фильтрацию нижних частот.

    Часто можно подтянуть генератор до ± 50 ppm, так как это должно дать достаточный диапазон, чтобы приспособиться к колебаниям частоты в пределах температурного диапазона. Также большинство TCXO имеют возможность регулировать частоту в соответствии со старением.Это также необходимо учесть в пределах рабочего диапазона кварцевого генератора.

  • Кварцевый генератор: Схема генератора обычно представляет собой стандартную конструкцию ВЧ-схемы, но она предназначена для обеспечения рабочих условий работы кристалла с идеальными уровнями возбуждения и т. Д.

    Типовая схема VCXO

    Кварцевый генератор разработан для оптимальной работы. Уровень обратной связи оптимизирован для обеспечения наилучших характеристик с точки зрения стабильности, фазового шума и отсутствия паразитных сигналов — кристаллы могут возбуждаться в различных режимах, поэтому необходимо оптимизировать схему, чтобы гарантировать низкий уровень паразитных сигналов. сгенерировано.Одним из ключевых элементов этого является относительно низкий уровень обратной связи, но достаточный для обеспечения надежной работы схемы. Избыточный уровень обратной связи имеет тенденцию возбуждать нежелательные моды в кристалле кварца.

    Диапазон для генератора может быть балансом между надежной работой, производительностью и диапазоном, в котором можно регулировать генератор. Диапазон регулировки ограничен возможным снижением производительности. Поскольку кристаллы представляют собой элементы с очень высокой добротностью, можно только уменьшить частоту колебаний на определенную величину до того, как характеристики упадут.

  • Регулятор напряжения: Чтобы внешние изменения напряжения не приводили к нежелательным сдвигам частоты, весь TCXO должен включать в себя регулятор напряжения, который сам по себе не должен вызывать нежелательных температурных эффектов.

    Вдобавок к этому выход регулятора напряжения должен иметь очень низкий уровень шума. Это связано с тем, что любой шум, всплески и т. Д. Будут иметь тенденцию появляться на выходе как фазовый шум. Часто эти генераторы используются в приложениях, где требуются разумные или низкие уровни фазового шума.Соответственно, производительность регулятора напряжения очень важна.

  • Буферный усилитель: Буферный усилитель требуется в конструкции электронной схемы для увеличения мощности на выходе. Несмотря на добавление нескольких дополнительных электронных компонентов, он обеспечит изоляцию самого кварцевого генератора от любых видимых изменений внешней нагрузки. Это значительно улучшит стабильность, не позволяя фактической нагрузке каким-либо образом влиять на частоту.

Дополнительно TCXO обычно имеют внешнюю регулировку, позволяющую периодически сбрасывать частоту. Это позволяет устранить эффекты старения кристалла. Период между настройками калибровки будет зависеть от требуемой точности, но обычно может составлять шесть месяцев или год. Если требуется очень высокий уровень точности, можно использовать более короткие периоды.

TCXO производительность

При рассмотрении TCXO для электронной конструкции необходимо учитывать основные технические характеристики и параметры устройства.

Типовая технология поверхностного монтажа TCXO

Ниже приведены некоторые из основных показателей производительности:

  • Показатели стабильности TCXO: Температурные характеристики TCXO лучше, чем у обычного кварцевого генератора. Цифры обычно приводятся в частях на миллион, PPM в заданном диапазоне температур. Обычно часто можно увидеть цифры улучшения от 10 до 40 раз.

    В приведенной выше таблице приведены типичные значения для различных температурных диапазонов.Трудно достичь значений выше ± 1,5 ppm в диапазоне температур от 0 до 70 ° C, поскольку они попадают в категорию высокой точности, где значительно возрастают затраты.

  • Рассеиваемая мощность: Рассеиваемая мощность TCXO будет больше, чем у обычного генератора, ввиду требуемых дополнительных схем. К тому же стоимость больше. Также следует помнить, что для стабилизации осциллятора потребуется некоторое время после запуска.Это может быть порядка 100 мс или, возможно, дольше, в зависимости от конструкции.
  • Упаковка TCXO: TCXO могут поставляться в различных упаковках в зависимости от способа их разработки и требований конечного пользователя. Наиболее распространенная форма конструкции — это создание схемы на небольшой печатной плате, которая может быть размещена в металлическом корпусе. Затем его можно установить на главную печатную плату всего оборудования.Поскольку сам кристалл герметичен, это означает, что герметизация всего пакета TCXO не критична и даже не требуется для большинства приложений.

    Размеры упаковки, такие как 5×3,2×1,5 мм или 5×3,5×1 мм, широко используются для TCXO, и при необходимости доступны упаковки меньшего размера.

  • Формат и уровень вывода: Важно убедиться, что вывод TCXO подходит для конкретной электронной конструкции.

    Формат вывода для TCXO важен.Поскольку многие TCXO используются для управления цифровыми схемами, большинство небольших корпусов генераторов генерируют так называемую ограниченную синусоидальную волну. Это подходит для управления логической схемой, хотя во многих случаях целесообразно пропустить ее через логический буфер, чтобы убедиться, что она достаточно квадратная. Часто выход представляет собой схему с открытым коллектором. Если требуется выход синусоидальной волны, то его следует выбрать с самого начала, и это ограничит доступный выбор. Также для других радиочастотных приложений может потребоваться синусоида.

    Уровень также важен, так как он должен быть достаточным для управления следующей стадией проектирования электронной схемы.

  • Требования к питанию: Фактические требования к питанию будут зависеть от конкретного устройства. Многие работают от источников питания 3 В и могут потреблять всего 2 мА, хотя это будет зависеть от общего типа, производителя и конкретного выбранного устройства. Очевидно, необходимо убедиться, что схема может удовлетворить требования к мощности.

    В схемах, требующих особо чистого выхода с точки зрения фазового шума и т. Д., Стоит проверить подавление шума источника питания на выходе генератора.

Типы TCXO

Хотя кварцевые генераторы с температурной компенсацией обычно упоминаются таким образом, иногда используются более подробные описания. Это привело к появлению множества методов, которые можно использовать для обеспечения температурной компенсации.

  • ADTCXO: Это аналогово-цифровой TCXO.Эта форма TCXO широко используется в сотовых телефонах. В нем используется аналоговая технология для обеспечения температурной коррекции осциллятора. Его преимущество заключается в том, что изменения происходят медленно и не происходит скачков фазы, как у некоторых полностью цифровых типов.
  • DCXO: DCXO — это форма генератора, в которой любая коррекция рассчитывается центральным процессором в оборудовании. Таким образом, TCXO не является отдельным объектом, а обработка выполняется в рамках всего оборудования.В некоторых случаях это может помочь сократить расходы.
  • DTCXO: Как можно догадаться, это цифровой TCXO. Он использует датчик температуры, а затем логические и математические функции используют цифровую схему вместе со справочной таблицей. Результирующая цифра цифровой коррекции преобразуется в аналоговый сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя DAC.
  • MCXO: MCXO использует микропроцессор для обеспечения обработки, позволяющей более точную компенсацию при различных обстоятельствах.Хотя производительность немного выше, затраты выше, чем у других форм TCXO.

TCXO заполняют пробел между некомпенсированными кварцевыми генераторами, генераторами xtal и кварцевыми генераторами, полностью управляемыми печью, OCXO. Часто производительность TCXO будет более чем достаточной для многих приложений и за небольшую часть стоимости, меньшие габариты и более низкое энергопотребление, чем у OCXO. Поскольку TCXO обычно покупаются как модуль у производителя TCXO, их можно рассматривать как отдельный электронный компонент в производственном процессе, что упрощает производственный процесс.Таким образом, TCXO представляет собой очень привлекательное предложение для очень многих электронных схем и систем.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Кварцевый генератор Raspberry Pi

Специально разработанный модуль TFT LCD для Raspberry Pi. Этот ЖК-модуль оснащен 3,2-дюймовым дисплеем с разрешением 320×240 пикселей, 16-битным цветным пикселем и резистивным сенсорным экраном. Его портативный размер делает его очень удобным для использования с платой микроконтроллера Raspberry Pi, так как он состоит из высокоскоростного порта SPI и консоли поддержки X windows. Разъем S2 Raspberry Pi представляет собой последовательный интерфейс дисплея (DSI) для подключения панели жидкокристаллического дисплея (LCD) с помощью 15-контактного ленточного кабеля.Интерфейс процессора мобильной связи (MIPI) внутри микросхемы Broadcom BCM2835 передает графические данные непосредственно на панель дисплея через этот разъем. В этой статье рассматривается распиновка разъема и некоторые панели дисплея, совместимые с портом.

Это так называемый Super VXO. Q2 — буфер, Q1 и вся левая часть — осциллятор. Как это работает? Хорошо, в основном это кварцевый генератор Клаппа, но в кристалле устранена Q’ed с помощью второго кристалла, а также L1 и VC1. Электроника BreadFruit: единственный в Непале магазин электроники, в котором продаются Arduino, Raspberry Pi, датчики, дроны, робототехника и многое другое.

Кристаллический осциллятор HC-49S, 8 МГц จำนวน 1 ชิ้น… Raspberry Pi [249] Платы Raspberry Pi [10] Pi 4 Модель B [6] Pi 3 Модель B + [1] Pi 3 Модель B [0] Pi … 06 июня 2012 г. МГц для Ethernet 100 Мбит / с. Для USB 2.0 вам нужно 480 Мбит / с, поэтому им, вероятно, потребуется 480 МГц для внутренних нужд. Вероятно, у них есть генератор ФАПЧ с частотой 480 МГц, разделенный на 96, чтобы получить сигнал обратной связи 5 МГц. Он привязан к эталону кристалла 25 МГц, разделенному на 5.

Все 29 линий ввода-вывода Raspberry Pi подключены к PSOC. Конфигурация EEPROM.Светодиод (подробности см. Ниже) Предохранители на 3,3 В и 5 В. Два разъема ввода / вывода 14 + 16 = 30 контактов ввода / вывода. Каждый из двух разъемов ввода / вывода может иметь напряжение 3,3 В или 5 В. Комплект радиатора Raspberry Pi | Микрораствор ₨ 200 ₨ 150; Распродажа! Raspberry Pi Zero W (беспроводной) и комплект Zero Essentials 4550 ₨ 3850 ₨; WRNM-02 Поверхностная термопара типа K Термопара с изогнутым изгибом | Микрораствор ₨ 770; SGX (ранее E2V) МЭМС-датчик газа NO2 h3 Датчик O3 MiCS-2714 2,800; Raspberry Pi 4 1 ГБ ОЗУ в Пакистане .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *