本应用笔记主要介绍了将32.768K晶振连接到实时时钟(RTC)的晶体选择和布局技术.它还提供有关振荡器电路设计标准,系统设计和制造问题的信息.振荡器是皮尔斯型振荡器的CMOS反相器变体.图1显示了一般配置.这些RTC包括集成负载电容(CL1和CL2)和偏置电阻.皮尔斯振荡器利用以并联谐振模式工作的晶体.并联谐振模式中使用的晶体被指定为具有特定负载电容的特定频率.
Silicon Labs新的Si54x超系列XO系列为设计人员提供了更高的性能,可靠性和高要求时序应用的安心感并推出了一系列新的高性能石英晶体振荡器(XOs),提供业界最低抖动频率的灵活解决方案.Si54xUltra系列XOs可在整个工作范围内为整数和小数频率提供低至80飞秒的超低抖动性能.这些XO为要求苛刻的应用(包括100G/200G/400G线路卡和光学模块,超大规模数据中心,宽带,无线基础设施,广播视频,工业,测试和测量以及军事/航空航天)
在稳定性,可靠性,稳健性以及低相位噪声和抖动方面具有优势,微机电系统MEMS晶振正在进军汽车和电信等应用领域,这些应用需要提高定时性能和高性能可承受极端环境条件的可靠性部件.其中一个例子是MicrochipTechnologyInc.的DSA系列,该系列于今年早些时候首次亮相,是业界首款汽车级多输出MEMS振荡器."技术进步和现代车辆中复杂电子系统的日益普及需要卓越的时序性能和可靠性,"Microchip表示."对于确保在当今高度先进的汽车系统中精确操作,时序精度,精度和对恶劣环境的耐受性至关重要."
在高性能市场中,频率控制制造商也在改进其恒温晶体振荡器(OCXO),压控晶体振荡器(VCXO)和温度补偿晶体振荡器(TCXO)的产品阵容.极端的环境条件.为了满足这些要求,SiliconLabs的产品组合现在包括提供频率灵活性和低抖动的Si539x时钟以及Si56XUltra系列石英晶体振荡器(XO)和VCXO.EcliptekLLC还提供卓越的RMS相位抖动和相位噪声性能,提供多电压石英晶体振荡器,占地面积小,尺寸为2.5×3.2mm(带有四个焊盘).该器件的稳定性低至±20ppm,工作温度范围为-40°C至85°C.
温补晶体振荡器(TCXO)在各种应用中用作稳定的频率参考或时钟.它们现在提供非常小的SMD封装.由于高拉伸性,最好的温度补偿只能通过基波中的振荡晶体来实现.因此,对于大部分稳定的TCXO,频率范围限制在最大约50至70MHz.然而,许多应用需要明显更高的频率,因此在应用中需要倍频.这需要额外的空间并导致不期望的干扰频谱.这里现在设置新的TCXO类型AXLE113HF和AXLE145HF公司AXTAL到11毫米×小SMD晶振封装在9毫米和14毫米×9毫米稳定的输出频率高达200MHz的标准尺寸提供.这两种型号的噪声非常低,并且具有几个飞秒的非常低的相位抖动.
虽然半导体数据表提供了在实验室环境中测量的规格,但了解设备在现实世界中的运行方式非常重要.这对于汽车振荡器来说更为重要,因为即使在AEC-Q100/200认证下,一些关键规格也会受到环境压力因素的不利影响,而这些压力因素并不总是经过测试.自动驾驶汽车市场继续升温,主要汽车制造商等在自动驾驶汽车技术方面进行了大量投资.随着关于自动驾驶车辆何时成为主流的争论仍在继续,有一点是肯定的-必须充分实现自主车辆安全.一个经常被忽视的方面是与时序解决方案相关的挑战.
每个电子系统都需要一个计时装置.石英晶体谐振器通常是首选解决方案.然而,振荡器将谐振器与振荡器集成电路配对成一个完整的集成时序器件,与XTALs相比有几个优点.微机电系统定时技术进一步扩展了这些优势.系统设计师不再需要绕过XTALs的限制,接受用水晶设计的头痛和风险.
许多晶体振荡器在晶体的并联谐振点和施加的负载电容下工作.负载电容定义为晶体封装外部的有效电容,施加在晶体的端子之间,如图1所示.石英晶振制造商指定给定的负载电容以及操作频率.负载电容与制造商指定的负载电容不同的操作会导致相对于制造商指定频率的振荡频率误差.频率误差是由于晶体的电容"拉"引起的.这可以通过将并联和负载电容并联组合,然后将该总和并联负载电容与运动电容串联组合来形成整体有效电容来证明.
日本电波工业株式会社(NDK)”为世界最大的石英晶振生产企业之一,同时其在中国苏州建立的工厂也为中国同类企业中生产规模最大.本公司的产品为石英晶体谐振器,石英晶体振荡器,石英晶体滤波器,声表面波滤波器和光学低通滤波器等,被广泛用于移动通信,办公自动化,家电,汽车电子等领域.目前移动通信和汽车电子市场的市场份额均为世界第一,
存在外部电磁干扰源时,石英晶体振荡器的相位噪声和相位抖动可能会显著增加.通过板级屏蔽或滤波可以减少到达振荡器的电磁干扰,但这种方法并不总是成功的.通过评估各种振荡器的电磁敏感度,我们可以确定影响电磁敏感度的因素,并了解正确的振荡器设计如何将电磁干扰对时钟性能的不利影响降至最低.
随着汽车工业不断增加基于电子的特征和系统,对可靠的强大的自动升级计时解决方案也随之增加.很快汽车将需要70个以上的计时装置.几十年来,计时元件都是基于石英晶振技术——以前是唯一能提供高稳定性和高性能的可行选择.然而,微机电系统谐振器计时解决方案正迅速成为首选技术,因为它们提供了最高的性能和可靠性.此外,这些微机电系统时序解决方案具有独特的功能,可解决长期存在的时序问题,这些功能是新兴汽车应用在行业走向完全连接和安全的自主驾驶时所必需的.
SiTime绝对是一件事.它的单位出货量每年几乎翻倍.去年,SiTime出货量约为4.25亿颗MEMS计时设备,高于2014年的6500万部.该公司已将超过10亿台设备销售给工业和汽车系统,这些设备受益于在宽温度范围内保持CMOS振荡器精确的能力.SiTime还为可能需要更低功耗或更小尺寸的消费者和物联网空间提供服务.
恒温晶体振荡器(OCXO)市场报告根据烤箱控制晶体振荡器(OCXO)行业中的领先部分(如类型,地区,应用,技术和精英参与者),包含重要的销售和收入统计数据.该报告针对历史(2014-2019年)事件,关于行业现状的讨论,并提供截至2024年的有价值的预测信息.全面分析当代趋势,需求谱,增长率和关键区域烤箱控制晶体振荡器(OCXO)的市场探索也体现在本报告中.领先的主要晶振有-NDK晶振,Epson晶振,Vectron晶振,Microcrystal晶振,Rakon晶振,BlileyTechnologies晶振,KDS晶振,Taitien晶振,CTS晶振,GreenrayIndustries晶振,NEL晶振,IDT晶振,Abracon晶振,KVG晶振.
冲击和振动灵敏度:MEMS可编程晶振的可靠性得到改善,部分原因在于提高了半导体级的抗冲击和抗振性.标准石英器件往往易碎,因为晶体是金属或陶瓷封装-50至100克的冲击会使晶体破裂.因此,制造商必须实施特定的存储,包装和运输协议,以避免不小心处理.测试pMEMS振荡器对冲击和振动的抵抗力揭示了一个不同的故事.结果表明,这些装置可以轻松存活超过1500克的冲击和20克的振动
为了限制干扰并支持更高的吞吐量,5G需要与4G网络不同的架构.无线电将安装在靠近智能手机和其他连接设备的路灯,交通信号灯,屋顶和停车场上,而不是位于远程手机信号塔中.但是为了建立彼此的连接,5G无线电需要具有精确定时-比4G设备精确约10倍.SITIME晶振市场营销副总裁PiyushSevalia说,这也意味着保护他们的信号不受振动,湿度,突然的温度变化和其他可能引起频率稳定的干扰.总部位于加利福尼亚州圣克拉拉的公司正试图检查这两项要求,以扩大其在15亿美元无线网络计时市场的份额.
预电子产品的发展日新月异,更多的MEMS和石英晶体振荡器将投入使用.在当今的电子市场中,MEMS和晶体振荡器同时存在,它们都是有源振荡器.与晶体振荡器相比,MEMS振荡器在生产工艺和元件设计方面更符合现代电子标准.MEMS振荡器的出现对60年来晶体振荡器的主导地位产生了影响.在未来5年内,MEMS时钟产品将更小,更薄,更可靠,更耐用,功能更多,交付周期更短,更灵活,更快速的约束,更快的开发.
在设计新系统时,RF工程师将做出的最重要的决定之一是选择正确类型的振荡器,并确定哪种信号输出最适合应用.每个都有自己的优点和缺点.在这篇文章中,我们谈论的是温度控制晶体振荡器(TCXO)和它们产生的截断的正弦波.我们将介绍TCXO晶振及其信号类型的优缺点,以及这些振荡器使用的一些常见应用.
超过十亿即每年生产石英晶体振荡器,石英晶振用于从廉价钟表到无线电导航和航天器跟踪系统的各种应用.回顾了石英振荡器的基本原理,重点是石英频率标准(与廉价的时钟振荡器相反).晶体谐振器和振荡器,振荡器类型,温度补偿晶体振荡器(TCXO)和恒温晶体振荡器(OCXO)的特性和局限性.振荡器不稳定性包括:老化,噪声,频率与温度,预热,加速效应,磁场效应,大气压力效应,辐射效应以及各种效应之间的相互作用.提供了振荡器比较和选择的指南.
