Globalny rynek kryształów, oscylatorów i produktów do pomiaru czasu jest bardzo rozdrobniony i wynosi około sześciu miliardów dolarów. Istnieje wielu dostawców i szeroka gama rozwiązań. Niniejszy raport zawiera informacje na temat niedrogich produktów trendowych i może służyć jako przewodnik dla nowych rozwiązań.
Rynek inteligentnego taktowania jest podzielony na trzy podsegmenty: około 1/3 zajmuje rynek kwarcowy, około 1/3 rynek oscylatorów (oscylatory zegarowe) i około 1/3 rynek układów taktujących (np. 32,768 kHz, TCxO, OCxO, układy różnicowe). Od ponad 20 lat Petermann-Technik (właściwa pisownia: PETERMANN-TECHNIK) działa na rynku jako wysoce wyspecjalizowany partner w zakresie komponentów do określania częstotliwości i oprócz szerokiego i głębokiego portfolio produktów oferuje kompleksową usługę projektowania w celu zaoferowania klientowi wszystkiego z jednego źródła i umożliwienia bardzo szybkiego wprowadzenia na rynek.
[caption id="attachment_315" align="alignright" width="300"]
Image 1: Petermann-Technik oferuje szeroką gamę produktów "Frequency Controlled Products" w połączeniu z usługami inżynieryjnymi i logistycznymi[/caption]
.
W ostatnich latach nastąpiło znaczne przejście od dużych kryształów THT i SMD dostępnych w metalowych obudowach (seria HC-49/U, HC-49/US, HC-49/US-SMD) do zminiaturyzowanych kryształów SMD w obudowach ceramicznych. Zapotrzebowanie na kryształy oscylacyjne o wyższej częstotliwości w mniejszych obudowach jeszcze bardziej podsyciło ten trend. Obecnie najbardziej poszukiwanym i najtańszym zminiaturyzowanym kryształem SMD jest
kryształ SMD w ceramicznej obudowie o wymiarach 3,2 mm x 2,5 mm/4 klocki (seria SMD03025/4), który jest dostępny w zakresie częstotliwości od 8,0 do 64,0 MHz (AT fundamental). Dzięki serii SMD03025/4, Petermann-Technik oferuje odpowiednie rozwiązania dla każdej aplikacji (Rys. 2). Te zoptymalizowane pod kątem rezystancji kryształy oferują optymalną odpowiedź przejściową w określonych zakresach temperatur roboczych i na życzenie mogą być dostarczane z poziomem wysterowania do 500 µW (w zakresie częstotliwości od 12 do 64 MHz).
Rozwiązania są dostępne w zakresie temperatur od -55 do +125 °C. Kryształy kwarcu nie mogą być normalnie przetwarzane ultradźwiękowo. Kolejną specjalnością w asortymencie kryształów SMD 3,2 mm x 2,5
mm/4-pad są kryształy 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad serii SMD03025/4US, które zostały specjalnie opracowane do zgrzewania ultradźwiękowego.
[caption id="attachment_417" align="alignright" width="300"]
Image 2: Obniżki cen kryształów SMD w obudowach ceramicznych wymusiły odejście od dużych kryształów THT i SMD w obudowach metalowych. Kwarc 3,2 mm × 2,5 mm, seria SMD03025/4, jest jedynym kwarcem na świecie, który może być stosowany w produktach końcowych uszczelnionych ultradźwiękowo[/caption].
W ostatnich latach, równolegle do SMD03025/4 rozwijał się pakiet 2,5 mm x 2,0 mm/4-pad, ale tak naprawdę nigdy się nie przyjął. Ci, którzy uważają obudowę 3,2 mm x 2,5
mm/4-pad za zbyt dużą, mogą wrócić do
obudowy 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad serii SMD02016/4. Obudowa 2,0 mm x 1,6 mm/4-padowa może być postrzegana jako nowy trend obudowy dla bardzo małych aplikacji i cieszy się rosnącym popytem, w wyniku czego ceny kryształów w tej obudowie już spadły. Nawet w obudowie 2,0 mm x 1,6 mm/4-płytki, kryształy o zoptymalizowanej rezystancji zostały zaprojektowane z myślą o optymalnej odpowiedzi przejściowej. Deweloper może wybierać spośród wersji o poziomie wysterowania do 400 µW.
W przypadku kryształów o częstotliwości 32,768 kHz poszukiwane są również coraz mniejsze obudowy (rys. 3). Najmniejsza wersja o wymiarach 1,2 mm x 1,0 mm zostanie wkrótce wprowadzona na rynek. Obecnie istnieje również duże zapotrzebowanie na
kryształy 32,768 kHz w obudowach 3,2 mm x 1,5 mm (seria M3215) i
2,0 mm x 1,2 mm (seria M2012) o zmniejszonej rezystancji . Kryształy o niskiej rezystancji 32,768 kHz, podobnie jak wersje standardowe, są dostępne z obciążalnością od 4 do 12,5 pF w zakresie temperatur od -40 do +125°C. Wiele wersji może być dostarczonych z magazynu lub w krótkim czasie. Deweloper może wybrać jedną z dwóch tolerancji częstotliwości w temperaturze +25 °C: ±10 ppm (opcjonalnie) lub ±20 ppm (standardowo).
W firmie Petermann-Technik dynamicznie rozwija się również oferta oscylatorów, zwłaszcza
oscylatorów krzemowych. Deweloperzy coraz częściej wymagają bardzo małych, niezwykle trwałych i precyzyjnych rozwiązań w coraz wyższych zakresach temperatur. Kryształy kwarcowe nie mogą już spełniać tych wymagań z powodów technologicznych. Do podłączenia kwarcu potrzebne są dwa zewnętrzne kondensatory, które wymagają miejsca na płytce drukowanej. Z drugiej strony, rezystancja wzrasta wraz z coraz mniejszymi obudowami, co skraca czas ustalania. Ponadto, najmniejsza tolerancja częstotliwości dla kryształów MHz wynosi +25 °C ±10 ppm, a stabilność temperaturowa to ±10 ppm przy -20 do +70 °C, ±15 ppm przy -40 do +85 °C, ±30 ppm przy -40 do +105 °C i ±50 ppm przy -40 do +125 °C. W zależności od wersji, maksymalne starzenie się kwarcu wynosi ±10 ppm po dziesięciu latach. Na przykład standardowy krzemowy oscylator zegarowy dostępny z magazynu w obudowie 2,0 mm × 1,6 mm/4-płytki ma stabilność częstotliwości ±20 ppm w temperaturze od -40 do +85 °C (obejmuje to tolerancję częstotliwości w temperaturze +25 °C, stabilność temperaturową powyżej -40 do +85 °C, starzenie po pierwszym roku oraz zmiany częstotliwości spowodowane tolerancjami
VDDi obciążenia) ze starzeniem ±3 ppm po dziesięciu latach.
[caption id="attachment_433" align="alignright" width="300"]
Image 3: Kryształy 32,768 kHz są dostępne z magazynu w szerokiej gamie obudów, w tym w wersjach o niskiej rezystancji do zastosowań przemysłowych i motoryzacyjnych[/caption]
.
Dedykowane wersje standardowych oscylatorów krzemowych są dostępne w zakresie ±10 ppm w temperaturach od -40 do +85 °C lub ±20 ppm w temperaturach od -55 do +125 °C z bardzo niskim jitterem. Oscylatory mogą również napędzać obciążenia do 15 pF, dzięki czemu jeden oscylator może jednocześnie taktować kilka układów scalonych z tą samą częstotliwością (rys. 4).
Oprócz
oscylatorów kwarcowych(xO,
TCxO,
VC-TCxO,
VCxO,
OCxO), oferta obejmuje również oscylatory krzemowe. Oscylatory krzemowe są półprzewodnikami i wykorzystują rezonator mikrokrzemowy o bardzo niskiej energii oscylacji do generowania zegara.
niskiej energii oscylacji do generowania zegara. W rezultacie, w oparciu o analogową technologię CMOS IC, nie tylko można produkować bardzo małe wersje, ale także wydajność tych tanich oscylatorów krzemowych jest bardzo dobra. Współczynnik MTBF wynosi 1140 milionów godzin (FIT 0,88) i jest najlepszy w branży. W porównaniu do oscylatorów kwarcowych, oscylatory krzemowe są 30 razy mniej wrażliwe na wstrząsy i wibracje oraz 54 razy mniej wrażliwe na zewnętrzne pola elektromagnetyczne.
[caption id="attachment_434" align="alignright" width="300"]
Image 4: Każdy możliwy oscylator kwarcowy znajduje się w ofercie Petermann-Technik[/caption]
.
Ponadto starzenie się jest dziesięciokrotnie niższe. W zależności od konstrukcji, oscylatory krzemowe mogą być zasilane na przykład przez dziesięć lat za pomocą ogniwa guzikowego. Innowacyjne oscylatory krzemowe są inteligentnymi urządzeniami taktującymi i są kompatybilne pin-to-pin z oscylatorami kwarcowymi i MEMS.
W przypadku nowych rozwiązań i jako zamiennik oscylatorów kwarcowych i MEMS, oscylatory krzemowe SMD są najlepszym i najtrwalszym wyborem. Specjaliści z Petermann-Technik mogą również pokazać, w jaki sposób można zaoszczędzić wiele kosztów poprzez odpowiednie zwymiarowanie oscylatora. Asortyment oscylatorów krzemowych obejmuje
oscylatory o ultra niskiej mocy (kHz + MHz),
oscylatory zegarowe o niskiej mocy,
oscylatory o ultra wysokiej wydajności, oscylatory
różnicowe, oscylatory
o rozproszonym widmie, oscylatory TC i VCTCxO,
oscylatory wysokotemperaturowe (obecnie testowane są wersje do +155 °C), oscylatory o wysokiej precyzji (seria Splendid) i
oscylatory samochodowe (AECQ100)
.KRZEMOWE OSCYLATORY ZEGAROWE O NISKIM POBORZE MOCY
Podsegment
oscylatorów krzemowych małej mocy obejmuje wersje zoptymalizowane pod kątem jitteru w zakresie częstotliwości od 1,0 do 137,0 MHz ze stabilnością temperaturową ±20 ppm przy -40 do +85 °C (seria LPO), od ±20 ppm, -40 do +105 °C do -55 do +125 °C (seria HTLPO) oraz
oscylatory samochodowe AEC100 z serii LPO-AUT (-40 do +85 °C) i HTLPO-AUT (-40 do +105 °C i -55 do 125 °C). Współczynnik MTBF wynosi 1140 milionów godzin. Innowacyjna technologia CMOS IC tych oscylatorów umożliwia, na przykład, znaczną poprawę zachowania EMC odpowiednich wersji poprzez tak zwaną funkcję miękkiego poziomu. Dzięki wydłużeniu czasu narastania/opadania nawet o 45 procent, tłumienie EMC przy 11. harmonicznej wynosi ponad -60 dB. Ogromna wartość za tak prostą regulację
trise i
tfall, która jest bezpłatna dla klienta.
[caption id="attachment_435" align="alignright" width="300"]
Image 5: Oscylatory krzemowe oparte na półprzewodnikach są bardzo tanie, zmienne i niezwykle trwałe. Zastępują one kryształy kwarcu i oscylatory kwarcowe w coraz większej liczbie zastosowań[/caption].
Chociaż
oscylatory krzemowe małej mocy są dostępne w różnych standardowych obudowach o wymiarach od 2,0 × 1,6 mm do 7,0 × 5,0 mm, odpowiednia wersja oscylatora w obudowie 2,0 mm × 1,6 mm lub maksymalnie 2,5 mm × 2,0 mm jest oferowana projektantowi aplikacji do nowych rozwiązań, z bardzo szerokim zakresem napięcia zasilania od 2,25 do 3,63
VDC (-xx- w oznaczeniu artykułu), stabilnością częstotliwości ±20 ppm przy -40 do +85 °C, ±30 ppm przy -40 do +105 °C, ±30 ppm przy -40/+125 °C i ±50 ppm przy -55 do +125 °C, z żądaną częstotliwością. Funkcją pinu 1 jest stand-by. Nawet jeśli funkcja czuwania nie jest absolutnie konieczna. Powód: wysiłek związany z okablowaniem pinu 1 jest bardzo niski w stosunku do możliwej oszczędności ceny. Zazwyczaj oscylatory z funkcją stand-by są dostępne w dużych ilościach, dzięki czemu można je dostarczyć w bardzo krótkim czasie i po korzystnej cenie. Oscylatory bez funkcji stand-by na pinie 1 są zwykle produkowane na zamówienie w wymaganej ilości, co zwykle jest znacznie droższe. Jeśli żądany oscylator nie jest dostępny w magazynie, standardowy czas dostawy, nawet w przypadku produktów niestandardowych, wynosi od czterech do maksymalnie sześciu tygodni (rys. 5).
ULTRAWYDAJNE OSCYLATORY KRZEMOWE
Ultrawydajne oscylatory dostępne w zakresie częstotliwości od 1,0 do 220 MHz również posiadają opisaną już funkcję miękkiego poziomu. Układy scalone CMOS umożliwiają zmniejszenie jitteru o 0,5 ps w paśmie integracji od 12 kHz do 20 MHz, dzięki czemu oscylatory te mogą być stosowane we wszystkich aplikacjach, w których jitter ma krytyczne znaczenie.
Ultra-wydajne oscylatory krzemowe są dostępne ze stabilnością częstotliwości do ±10 ppm w temperaturze od -40 do +85°C. Starzenie wynosi ±5 ppm po dziesięciu latach.
RÓŻNICOWE OSCYLATORY KRZEMOWE
Zazwyczaj
oscylatory różnic owe dostępne w zakresie częstotliwości od 1,0 do 725 MHz nie są już używane wyłącznie w telekomunikacji, sieciach, wideo, pamięciach masowych i serwerach, ale są również coraz częściej wykorzystywane w zastosowaniach motoryzacyjnych (AECQ100). Oscylatory różnicowe oferują sygnały wyjściowe LVPEC, LVDS lub HCSL z typowym jitterem 0,23 ps (156,25 MHz przy 12 kHz - 20 MHz). Stabilność częstotliwości wynosi od ±10 ppm w temperaturze od -40 do +85 °C lub od ±25 ppm w temperaturze od -40 do +105 °C dla wersji samochodowych.
Różnicowe oscylatory krzemowe są dostępne w standardowych sześciopinowych obudowach o wymiarach 3,2 × 2,5 mm, 5,0 × 3,2 mm i 7,0 × 5,0 mm, z napięciami zasilania od 2,25 do 3,63
VDC.
TCXOS I VC-TCXOS
Jeśli deweloper nie wymaga ekstremalnie dużych zakresów napięcia sterującego częstotliwością do 1600 ppm, to oparte na kryształach układy
TCxO i
VC-TCxO w zakresie częstotliwości od 9,6 do 60 MHz są nadal najlepszym i najkorzystniejszym wyborem. Dostępne w ceramicznych obudowach o wymiarach 3,2 mm × 2,0 mm, 2,5 mm × 2,0 mm, 2,0 mm × 1,6 mm lub nawet 1,6 mm × 12 mm, te wysoce precyzyjne oscylatory mają standardową stabilność temperaturową ±0,5 ppm przy -40 do +85 °C i starzenie ±1,0 ppm po pierwszym roku. Zakres napięcia zasilania wynosi od 1,6 do 3,63
VDC. Obudowa ceramiczna o wymiarach 2,5 mm × 2,0 mm jest najkorzystniejsza i jest zalecana do stosowania w nowych projektach, chyba że wymagana jest mniejsza obudowa.
OSCYLATORY O ULTRA NISKIEJ MOCY 32,768 KHZ
Energooszczędna i bardzo szybka transmisja danych lub pozycjonowanie po trybie uśpienia jest możliwe tylko z bardzo dokładnym i szybkim zegarem systemowym 32,768 kHz. Dzięki
oscylatorowi krzemowemu 32,768 kHz, rozwiązanie zasilane bateryjnie oparte na technologii hibernacji może zaoszczędzić ponad 50% energii. Na przykład ogniwo guzikowe może zasilać aplikację działającą z
oscylatorem 32,768 kHz o bardzo niskim poborze mocy nawet przez dziesięć lat.
Wiele produktów końcowych wykorzystuje technologię hibernacji, w tym urządzenia do noszenia, jednostki komunikacyjne Bluetooth Low Energy (BLE) do zastosowań komercyjnych, przemysłowych i motoryzacyjnych, aplikacje IoT, GPS (komercyjne i motoryzacyjne), komunikacja M2M, osobiste urządzenia śledzące i medyczne systemy monitorowania pacjentów, inteligentne pomiary, automatyka domowa, łączność bezprzewodowa itp. Najwięcej energii w takich zastosowaniach pochłania energochłonny tryb synchronizacji, który bardzo często musi być wykonywany w określonych oknach czasowych. W takich zastosowaniach dwa
kryształy 32,768 kHz są zwykle używane do taktowania
RTC układu BLE i µC, oprócz precyzyjnego
kryształu MHz dla radia. Ze względu na swoją technologię, kryształ 32,768 kHz ma bardzo słabą charakterystykę temperaturową, a częstotliwość jest natychmiast zniekształcana przez pojemność rozproszoną lub zmieniające się stosunki pojemności w obwodzie, co oznacza, że dryft częstotliwości 32,768 kHz jest bardzo wysoki. Oznacza to, że synchronizacja musi być przeprowadzana bardzo często, co zużywa dużo energii.
Dzięki zastosowaniu
oscylatorów 32,768 kHz o ultraniskim poborze mocy (serie ULPO-RB1, ULPO-RB2 i ULPPO) nie ma to już miejsca, ponieważ oscylatory 32,768 kHz o ultraniskim poborze mocy, które są dostępne ze stabilnością temperaturową ±5 ppm w zakresie od -40 do +85 °C, umożliwiają synchronizację aplikacji znacznie rzadziej (znaczne wydłużenie czasu hibernacji), co pozwala zaoszczędzić ponad 50 procent energii systemu. Płytkę można również zmniejszyć, ponieważ oscylator 32,768 kHz o wymiarach 1,5 mm × 0,8 mm może jednocześnie obsługiwać RTC i µC i jest o 85% mniejszy w porównaniu do kryształu 32,768 kHz o wymiarach 2,0 mm × 1,2 mm z zewnętrznymi pojemnościami obwodu.
Oscylatory 32,768 kHz o bardzo niskim poborze mocy dostępne w
zakresie VDD od 1,5 do 3,63
VDC mają pobór prądu poniżej 1 µA, w zależności od wersji, a także umożliwiają bardzo szybką i niezawodną oscylację układów scalonych, które mają być taktowane.
Więcej informacji można znaleźć na stronie:
Oscylatory kryształoweOscylatory kwarcoweOscylatory krzemoweRozwiązania 32,768 kHz
lub
Kryształy kwarcowe SMD i THT, oscylatory i produkty do pomiaru czasu
Pytania techniczne:
Telefon: 0 81 91 / 30 53 95
E-mail:
info@petermann-technik.de 
