Термостатированный кварцевый генератор своими руками
Добавил пользователь Cypher Обновлено: 04.10.2024
Острая конкуренция на открытом мировом и внутреннем рынках в условиях нарастающей глобализации стимулирует постоянное совершенствование изделий промышленности. Этому способствует радикальное облегчение доступа к использованию передовых технологий и элементной базы, включая зарубежные , что особенно существенно для предприятий, выпускающих наукоемкую продукцию.
1. Прецизионные термостатированные генераторы
Конкурентоспособность рассматриваемых термостатированных КГ обеспечена высоким уровнем всех параметров (характеризующих стабильность частоты) при небольших габаритных размерах, энергопотреблении, высокой надежности в жестких условиях эксплуатации и умеренной стоимости. Так, по температурной стабильности частоты достигнут уровень ±1×10 –10 в интервале температур –40–70 °С, по долговременной стабильности: 1×10 –8 за год и 5×10 –8 за 10 лет, по кратковременной нестабильности частоты (КНЧ): 1×10 –12 за 1с, по уровню фазовых шумов (ФШ): –115 дБ/Гц и –160 дБ/Гц при отстройках от несущей 1 Гц и 10 кГц соответственно.
Термостатированные КГ изготавливаются как на основе резонаторов с внутренним термостатированием, или резонаторов-термостатов (РТ) [1], так и на основе КР в вакуумных металлических корпусах с внешним термостатированием.
В последние несколько лет КГ на РТ были в основном переведены на SC-срез кварца, и таким образом существенно улучшены.
В настоящее время на основе РТ производятся следующие прецизионные генераторы: ГК54-ТС и ГК75-ТС — на РТ с позисторным нагревателем;
Общий вид конструкции генераторов на РТ показан на рис. 1, типовой спектр ФШ представлен на рис. 2, а типовая зависимость кратковременной нестабильности частоты от времени усреднения — на рис. 3.
Рис. 3. Типовая зависимость кратковременной нестабильности частоты от времени усреднения для 5-МГц генератора на основе РТ SC-среза
Основные параметры генераторов на основе РТ приведены в таблице 2.
1.2. Генераторы с внешним термостатированием резонатора уступают генераторам на основе РТ по экономичности энергопотребления и скорости выхода на рабочий режим после включения. Однако при этом возможно достижение существенно лучшей температурной стабильности частоты и меньших габаритных размеров КГ, которые к тому же могут быть более технологичными и менее трудоемкими в производстве. Возможность улучшения температурной стабильности частоты в значительной мере связана со снижением температурных градиентов в термостатируемом узле и самом пьезоэлементе, что легче достигается у резонаторов с металлическими корпусами, выполняющими функцию первичного теплового шунта. У РТ возможность уменьшения градиентов затруднена сущностью их конструкции, а также противоречит стойкости к жестким механическим воздействиям.
1.2.1. Малогабаритные и миниатюрные прецизионные КГ
Генераторы этой группы выполняются на резонаторах в корпусах НС-43, преимущественно SC-среза, реже — АТ-среза. Несколько уступая генераторам на основе РТ по стабильности частоты и спектральным характеристикам, значительно уступая им по экономичности энергопотребления, они, однако, гораздо дешевле и имеют значительно меньшие габаритные размеры.
Генератор ГК95-ТС, разработанный для использования в специальной аппаратуре, имеет, как и ГК85-ТС, габаритные размеры 25×25×12,7 мм, обладает высокой стойкостью к механическим воздействиям.
Существенным является появление термостатированных генераторов, предназначенных для использования по SMD-технологии, то есть для поверхностного монтажа.
Благодаря высокой стабильности частоты, неплохим КНЧ и ФШ при весьма малых габаритах и умеренном энергопотреблении генераторы этой группы широко применяются в самых различных областях. Их основные параметры приведены в таблице 3.
1.2.2. Ультрапрецизионные КГ (класса 10 –9 ) с одноступенчатым термостатированием
Основные параметры ультрапрецизионных КГ с одноступенчатым термостатированием приведены в таблице 4.
1.2.3. Ультрапрецизионные КГ (класса 10 –10 ) с двухступенчатым термостатированием
Генератор ГК89-ТС — первый отечественный ультрапрецизионный КГ с двухступенчатым термостатированием класса 10 –10 по стабильности. Он выполнен на резонаторе SC-среза в корпусе НС-40. По температурной стабильности частоты на порядок и более превосходит кварцевые генераторы с одноступенчатым термостатированием, превосходит даже и рубидиевые генераторы, будучи к тому же намного лучше последних по спектральным характеристикам ФШ, по КНЧ и массогабаритным показателям и имея гораздо более низкую стоимость. Общий вид конструкции КГ представлен на рис. 10, типовые характеристики указаны на рис. 11–14.
В 2004 — начале 2005 года разработан и передан в производство миниатюрный ультрапрецизионный генератор ГК145-ТС, имеющий размеры 36D27D19 мм лишь при несколько худших показателях температурной и долговременной стабильности частоты (~ ×3×10 –10 и ×3×10 –8 /год соответственно).
Основные параметры ультрапрецизионных генераторов с двухступенчатым термостатированием приведены в таблице 5.
1.2.4. Высокочастотные прецизионные КГ
Задача создания высокостабильных КГ с низкими уровнями ФШ и КНЧ на возможно более высокие частоты очень актуальна в связи с общей тенденцией освоения все более высоких частот в радиоэлектронике. Повышение частот путем умножения сопровождается возрастанием фазовых шумов приблизительно на 6 дБ при каждом удвоении, что нередко затрудняет применение опорных генераторов диапазона 5–20 МГц. Эффективным путем получения высокой и притом стабильной кварцованной частоты является разработка малошумящих высокочастотных генераторов на основе резонаторов SC-среза с колебаниями 5-го порядка.
Именно таким является генератор общепромышленного исполнения ГК87-ТС на диапазон частот 50–700 МГц. В диапазоне до 100–120 МГц частота автогенератора передается на выход без умножения, генератор с более высокой выходной частотой содержит встроенный умножитель на целое число в пределах 2–7. Общий вид конструкции генератора представлен на рис. 15, спектр ФШ генератора частотой 100 МГц — на рис. 16, а генератора частотой 500 МГц показан на рис. 17.
Рис. 17. Типовой спектр ФШ генератора ГК87-ТС частотой 500 МГц со встроенным умножителем частоты на 5
Миниатюрный генератор ГК136-ТС с диапазоном частот 50–120 МГц разработан в 2003–2004 гг. на основе ГК87-ТС для применения в компактной аппаратуре, отличается от него значительно меньшими габаритными размерами (36×27×16 мм), повышенной стойкостью к механическим воздействиям и расширенным интервалом рабочих температур. Спектр ФШ идентичен ГК87-ТС без умножителя частоты. Только что завершена разработка и освоена модификация ГК136-ТС с напряжением питания 5 В, заметно расширяющая область применения этого прибора.
С ростом частоты КР уменьшается толщина пьезоэлемента, что сопровождается возрастанием долговременной нестабильности частоты. С увеличением же номера используемой гармоники резонатора затрудняется подавление возбуждения нежелательных мод и гармоник. Кроме того, наблюдается снижение добротности резонаторов на гармониках свыше 5-й или 7-й. Поэтому верхняя граница частоты прецизионных малошумящих генераторов, подобных вышеупомянутым, без умножителей частоты на практике не намного превышает 100 МГц.
Совмещение в одном устройстве двух генераторов, связанных между собой системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), при различии их частот на порядок и более позволяет сочетать очень низкий ФШ в средней и дальней зонах (отстройка от несущей 1–10 кГц и более) с резко сниженным ФШ в ближней зоне (при отстройках 1–100 Гц), высокой долговременной и температурной стабильностью частоты. При этом высокочастотный генератор является управляемым и постоянно подстраивается под опорный — низкочастотный. В петлю ФАПЧ входит либо делитель частоты высокочастотного управляемого генератора, либо умножитель частоты низкочастотного опорного генератора.
Здесь принципиально важным является выполнение и термостатирование управляемого ВЧ-генератора в единой конструкции с опорным. Это позволяет существенно улучшить как стабильность частоты, так и спектральные характеристики данных приборов.
Генератор ГК137-ТС содержит термостатированные опорный и управляемый высокочастотный генераторы, связанные цепью ФАПЧ.
Температурно-частотная характеристика генератора дана на рис. 18. Спектр ФШ, показанный на рис. 19, в дальней зоне определяется высокочастотным генератором, а в ближней и средней — опорным низкочастотным генератором, с добавлением шумов, вносимых цепью ФАПЧ.
Основные параметры высокочастотных прецизионных КГ приведены в таблице 6.
2. Высокостабильные малошумящие термокомпенсированные кварцевые генераторы
* Здесь надо помнить, что в отличие от ТСКГ ТККГ, как правило, строятся на резонаторах с колебаниями первого порядка, а не на обертонах.
Генератор ГК96-ТК разработан для применения в специальной аппаратуре. Его особенности — очень быстрый вход в режим после включения и стойкость к жестким условиям эксплуатации. Выходной сигнал — импульсный, ТТЛ/КМОП-совместимый.
Унифицированный генератор ГК99-ТК разработан и поставляется для применения в специальной аппаратуре. Он выполнен в корпусе DIL-14 объемом 2,5 см³, обладает стойкостью к жестким условиям эксплуатации. По напряжению питания предусмотрено три варианта исполнения с номинальными значениями 2,7 В, 3 В и 5 В с допустимыми изменениями ±5% каждое. Выходной сигнал — синусоидальный, напряжением 400±150 мВ на нагрузке 10 кОм, при допустимой емкости 5пФ. При необходимости может быть согласована величина нагрузочной емкости более 5 пФ.
Генераторы ГК120-ТК и ГК121-ТК изготавливаются в общепромышленном исполнении, имеют малые габаритные размеры и массу. Особенность ГК120-ТК — очень низкий уровень ФШ (см. рис. 21), особенность ГК121-ТК — повышенное выходное напряжение 500 мВ на нагрузке 2 кОм.
Генераторы ГК144-ТК, ГК146-ТК и ГК147-ТК предназначены для применения в специальной аппаратуре, характеризуются высокой стойкостью к воздействию внешних факторов. Напряжение питания ГК144-ТК — 12 В, двух других — 5 В. ГК146-ТК имеет синусоидальный выходной сигнал напряжением 300±75 мВ на нагрузке 50 Ом, ГК147-ТК — ТТЛ/КМОП-совместимый. На рис. 22 приведена типовая картина спектра ФШ генератора ГК146-ТК. Отметим, что это весьма малошумящие генераторы.
Заключение
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
В общем симуляция говорит что надо собирать всё до кучи. Вроде как всё работает без ошибок, но всё же не могу понять почему в железе работает, а в протеусе приходится увеличивать ёмкость С8 до 100мкФ, чтобы оно нормально срабатывало, иначе там такое дикое пульсирующее, что полевик VT16 даже не открывается. Что же до схемы защиты от постоянки - всё очень порадовало. Действительно минимум деталей, но максимум профита. Надо ехать в микрокап. В протеусе шота не обрёл я щастя. Protect & soft start.pdsprj
Если у чела в АС на ВЧ стоит хотя бы что-то типа JBL hp 02 ti, или какой-нибудь "морельчик" или "сканик" баксов за 200, то может быть и нет(победит рассудок), а если у чела а в его домашней АС() по ВЧ работают драйвера, подобные JBL 2412H, то почему бы и нет. Всё зависит от 3-х величин - размер дома, размер АС, и конечно от того насколько велики понты, дабы чел не ощущал себя ущербным перед таким же аудиофилами-понторезами. ЗЫ. Правда, такие драйвера на 20кГц как правило уже и не работают.
Что-то у вас размеры сердечника указаны неправдоподобные. Вы точно не ошиблись? Там в миллиметрах всё должно быть.
Да и наплевать. Купите мультивибратор, или спаяйте. Ну или мигающие светодиоды поставьте, как советовали выше.
С обмотками 36-110V cделать регулируемый и стабилизированный БП 0-100V/1ADC с переключением обмоток, для увеличения КПД. На выводе 230V сделать не стабилизированный регулятор постоянного напряжения 0-300V, с защитой (например известная схема с одним полевиком), для анодных применений.
Похожий контент
Продам абсолютно новый.
Амперметр СА3010/3 индицирует измеренные значения тока на цифровом светодиодном индикаторе с высотой цифр 14 мм, имеющем пять десятичных разряда, плюс знак. Переключение пределов измерения и рода измеряемого тока производится с помощью кнопочных переключателей с индикацией значений пределов. Питание СА3010/3 осуществляется постоянным напряжением от 9 до 18 В или через адаптер от сети переменного тока напряжением (220±22) В, частотой (50±1) Гц. Потребляемая мощность не более 5 Вт.
цена 25 т.р (торг)
Продам вольтметр, несколько раз в пользовании.
Вольтметр универсальный В7-82 предназначен для измерения напряжения постоянного тока и силы постоянного тока, среднего квадратичного значения напряжения переменного тока, сопротивления постоянному току, частоты и периода электрических сигналов и обеспечивающих математическую и логическую обработку результатов измерений.
В7-82 может быть использован при наладке, контроле, ремонте измерительных приборов и систем различного назначения.
130 т.р (торг)
Генератор сигналов специальной формы GW Instek GFG-8250A Абсолютно новый, полный комплект. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Модель Генератор сигналов специальной формы GW Instek GFG-8250A Особенности исполнения: Настольный Количество каналов: 1 Максимальная частота: 5 МГц Максимальная частота дискретизации: 0 Форма сигнала: Синус, Меандр, Пила, Треугольная Амплитуда: 10 В Мощность: Виды модуляций: Аналоговая Дополнительные возможности: Редактирование формы сигнала Интерфейс связи с ПК: Торговая марка (производитель): GW Instek
18 т.р (торг)
Интересует происхождение названия генератора синусоиды с 4-мя фазовращ. RC-цепями на ОУ -- Bubba Oscillator, к-й переводят как "генератор Буббы" или "Бубба генератор".
Первая версия -- название придумано инженерами TI и вошло в обиход ввиду отсутствия иного термина, т.е. это не фамилия изобретателя схемы.
У кого-нибудь есть более подробные сведения об этимологии и причинах наименования?
Доброго времени суток, в multisim не работает мультивибратор на элементах "И-НЕ". В чем может быть проблема? П о идее на выходе должен быть прямоугольный сигнал.
Кварцевый резонатор (кварц) - радиоэлемент, в котором явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.
Добротность кварцевых резонаторов во много раз превышает добротность резонаторов на LC-контурах и составляет 10 4 . 10 6 . Долговременная относительная нестабильность частоты - не хуже чем 10 -6 . 10 -8
Для того, чтобы понять принцип работы кварцевого резонатора в схемах генераторов, надо рассмотреть его эквивалентную схему:
а частота параллельного:
.
Произведя несложные математические манипуляции, получаем:
Поскольку на практике Сo≫Ck, то расхождение между частотами параллельного и последовательного резонансов невелико - максимальная разность близка к 0,4% от паспортной частоты кварца. Также не составит особого труда заметить, что Fпар всегда > Fпосл.
Для интересующихся приведу некоторые типичные значения параметров эквивалентной схемы кварцевых резонаторов.
| F (Мгц) | Lk (мГн) | Ck (пФ) | Rk (Ом) | Cо (пФ) |
| 1 | 1910 | 13,3×10 -3 | 200 | 5 |
| 10 | 28,6 | 8,86×10 -3 | 12 | 4 |
| 12 | 24 | 7,368×10 -3 | 12 | 4 |
| 20 | 11,94 | 5,3×10 -3 | 10 | 3,5 |
Переходим к некоторым расхожим схемам генераторов с кварцевой стабилизацией частоты.
В ёмкостной трехточке по схеме Пирса (Рис.2) биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером.
Резисторы R1 и R2 задают режим работы транзистора T1 по постоянному току, и выбираются исходя из тока покоя транзистора 1-5мА в зависимости от частоты генерируемого сигнала.
При возбуждении кварцевого резонатора на нечётных механических гармониках кварца, вместо резистора R3 включают катушку индуктивности L1 (Рис.3).
Параметры контура следует выбирать так, чтобы его собственная частота составляла 0,7. 0,8 от частоты генерации. В результате контур имеет ёмкостную проводимость на частоте необходимой гармоники, что исключает возможность генерации на низших гармониках и основной частоте.
Значительно большим фазовым запасом для возникновения условий генерации обладают схемы ёмкостных трёхточек Пирса, выполненные на полевых транзисторах, либо КМОП микросхемах, в том числе и цифровых. Объясняется это высоким входным сопротивлением подобных устройств, что, в свою очередь, создаёт более правильные условия для работы цепей фазовращателя.
Схемы, выполненные на полевых транзисторах (Рис.4,5), аналогичны схемам свох биполярных аналогов.
Резистор R3 определяет режим работы Т1 по постоянному току, и выбирается исходя из необходимого тока покоя транзистора (1-5мА).
Генераторы Пирса вполне заслуженно считаются генераторами с наилучшей кратковременной стабильностью частоты, однако обладают определённым набором недостатков - как то: относительная сложность, необходимость качественной стабилизации базового тока транзистора, а также то, что ни один из выводов кварцевого резонатора не подключён к шине корпуса.
Отчасти указанных недостатков лишён генератор Колпитца - схемотехническое решение ещё одного трехточечного кварцевого генератора, в котором транзистор активного элемента по переменному току включён по схеме с общим коллектором. При этом кварцевый резонатор, имеющий индуктивный характер реактивного сопротивления, входит в состав параллельного резонансного контура, один из выводов которого может быть подключён к земляной шине.
На Рис.7 приведена базовая схема кварцевого генератора Колпитца при условии возбуждения резонатора на основной частоте.
Схема для возбуждения кварцевого генератора на 3-5 механической гармонике кварца (Рис.9) была замечена в datasheet-е на буржуйскую микросхему SA612A.
На высоких частотах, вплоть до 300МГц, целесообразно применять однокаскадные схемы генераторов с общей базой (Рис.11).
Рис.11Рис.12 Рис.13 Рис.14
Схемы, приведённые на Рис.11 и Рис.12 функционально абсолютно идентичны, хотя первая из них представляет индуктивную трёхточку с кварцевым резонатором, выполненную по схеме Хартли, а вторая ёмкостную - по схеме Колпитца.
Для возникновения колебаний необходимо, чтобы колебательный контур был настроен на частоту кварцевого резонатора, либо на частоту, равную кратной основной частоте гармоники.
Дальнейшего улучшения условия самовозбуждения этих автогенераторов на высоких частотах можно добиться, включив параллельно кварцу дополнительную катушку индуктивности L2 (Рис.13 и Рис.14). Контур, образованный параллельной ёмкостью кварца Со и катушкой L2, настраивают на частоту используемой гармоники.
Точно также как и в предыдущих случаях, биполярный транзистор лёгким движением руки может быть заменён на полевой с соответствующими цепями смещения.
ВАЖНО!
1. К источнику питания любые ВЧ генераторы, в том числе и окварцованные, следует подключать через интегрирующую RC цепочку, представляющую из себя резистор номиналом несколько сотен Ом (в зависимости от рабочего тока транзистора) и конденсатор, идущий одним выводом на землю, ёмкостью 0,1МкФ.
2. Каскады, подключаемые к выходу генератора, должны иметь достаточно высокое входное сопротивление. Идеально - если это будут цепи, реализованные на полевых транзисторах.
3. Разделительные конденсаторы, нарисованные на схемах последовательно с кварцевыми резонаторами, призваны отсечь от кварца постоянное напряжение. Кто-то их ставит, кто-то нет - по-любому, внятных теоретических обоснований по поводу вреда здоровью резонаторов от постоянки я не встречал. Так, что считайте присутствие этих элементов факультативным, хуже точно не будет, лучше - вполне вероятно.
4. Базовая схема кварцевого генератора на цифровой микросхеме (Рис.6) отлично работает в широком диапазоне частот и не требует никаких модификаций. Многочисленные 2-3 вентильные вариации на заданную тему большого смысла не имеют, так как обладают худшими частотными свойствами. Разве, что можно обратить внимание на схему, приведённую на Рис.15, которая за счёт более высокого общего коэффициента усиления создаёт дополнительные условия для устойчивой генерации и меньшей зависимости от номиналов ёмкостей.
Рис.15
Ну и по традиции - калькулятор в студию!
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Приведённый калькулятор не претендует на 100% достоверность, так не в состоянии учитывать реальные характеристики применяемых резонаторов, однако, в большинстве случаев поможет радиолюбителю не допустить явных ошибок и запустить устройство без шаманства и танцев с бубнами.
А на следующей странице рассмотрим схемы кварцевых генераторов, обладающих способностью плавной перестройки в некотором не очень широком диапазоне частот.
12.10.2011 Компания Мэджик Кристалл, специализирующаяся на разработке и производстве миниатюрных малопотребляющих термостатированных кварцевых генераторов, представляет новое семейство ультрастабильных опорных кварцевых генераторов МХО37U, созданных на основе прецизионных резонаторов-термостатов – интегральных устройств, в которых система термостатирования размещается в вакуумированном корпусе резонатора, обеспечивая подогрев только кварцевой пьезопластины. Новые генераторы отличаются чрезвычайно высокой температурной, долговременной и кратковременной стабильностью частоты, соответствующей стабильности лучших термостатированных генераторов традиционной конструкции (с внешним подогревом кварцевого резонатора), и имеют при этом миниатюрные размеры и сверхнизкую потребляемую мощность.
Компания Мэджик Кристалл, специализирующаяся на разработке и производстве миниатюрных малопотребляющих термостатированных кварцевых генераторов, представляет новое семейство ультрастабильных опорных кварцевых генераторов МХО37U, созданных на основе прецизионных резонаторов-термостатов – интегральных устройств, в которых система термостатирования размещается в вакуумированном корпусе резонатора, обеспечивая подогрев только кварцевой пьезопластины. Новые генераторы отличаются чрезвычайно высокой температурной, долговременной и кратковременной стабильностью частоты, соответствующей стабильности лучших термостатированных генераторов традиционной конструкции (с внешним подогревом кварцевого резонатора), и имеют при этом миниатюрные размеры и сверхнизкую потребляемую мощность.
Кварцевые генераторы серии МХО37U изготавливаются в герметичном корпусе 20 x 20 x 13 мм, а также в негерметичном исполнении, совместимом с корпусами DIP8 (16 x 15 x 10,5 мм) и DIP14 (21,5 x 15 x 10,5 мм), в том числе в SMD-версии
Диапазон рабочих частот таких генераторов 10…12,8 МГц с возможностью умножения частоты до 24…65 МГц, напряжение питания 3,3 или 5 В, форма выходного сигнала — синусоидальный или КМОП.
Потребляемая мощность генераторов в стационарном режиме (при 20?С) составляет около 180 мВт, а время установления частоты с точностью 1 x 10 –7 – менее 60 с.
Обладая уникальным сочетанием высокой стабильности частоты с чрезвычайно низкой потребляемой мощностью и миниатюрными размерами, опорные генераторы МХО37U могут стать наилучшим решением для разработчиков различных современных и перспективных радиоэлектронных устройств.
Тел.:(3812)433-967, 433-968, 381-640
Как работают кварцевые генераторы
В КГ используется пьезоэлектрический резонатор с высокой добротностью, который является частью резонансного контура и включен в контур обратной связи. Используемый элемент и технология его изготовления определяют электрические и механические параметры.
Кристалл кварца с пьезоэлектрическим эффектом действует как стабильный и точный резонансный элемент с высокой добротностью
Много лет генераторы создавались с использованием ламп, затем транзисторов и теперь интегральных микросхем. Схема была адаптирована к так называемому углу среза кристалла кварца и его характеристикам, а также необходимым параметрам применения. В настоящее время попытки самостоятельно сконструировать кварцевые генераторы очень редки, поскольку получение хороших результатов требует времени и точного измерительного оборудования. Вместо этого просто покупаем небольшой готовый модуль SMD, который содержит как кварцевый резонатор, так и схему генератора и выходной драйвер. Это снижает затраты и время на разработку, и гарантирует получение элемента с известными параметрами.
Параметры кварцевых генераторов
Производительность кварцевого генератора определяется набором важных параметров, таких как:
Рабочая частота - может быть от десятков кГц до сотен МГц. Генераторы для высоких частот, то есть выше основного диапазона резонатора, например в диапазоне гигагерц, обычно используют контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в качестве умножителя для увеличения основной частоты.
Стабильность частоты - определяет отклонение выходной частоты от исходного значения из-за внешних условий, поэтому чем оно меньше, тем лучше. Есть много факторов которые влияют на стабильность генерируемой частоты, и многие производители указывают их в спецификациях, например изменение температуры по сравнению с номинальной частотой при 25?C. К другим факторам относятся долговременная стабильность к старению, а также влияние процесса пайки, колебания напряжения и изменения выходной нагрузки. Для высокоточных продуктов она обычно выражается в частях на миллион (ppm) или частях на миллиард (ppb) в зависимости от номинальной выходной частоты.
Джиттер во временной области и фазовый шум в частотной области - два равных параметра, характеризующих одни и те же недостатки
Фазовый шум и джиттер - два показателя одного класса производительности. Фазовый шум характеризует колебания в частотной области, а джиттер во временной. Фазовый шум обычно определяется как отношение шума в полосе частот 1 Гц при определенном сдвиге частоты fM к амплитуде сигнала генератора на частоте fO. Фазовый шум ухудшает точность, разрешение и отношение сигнал / шум (SNR) в синтезаторах частот, в то время как джиттер вызывает ошибки синхронизации и, таким образом, способствует увеличению частоты ошибок по битам (BER) при передаче данных.
Фазовый шум рассеивает спектр генерируемой частоты и отрицательно влияет на разрешение и отношение сигнал / шум
Джиттер (под этим словом имеется ввиду дрожание фронтов) во временной области вызывает ошибки выборки в аналого-цифровых преобразователях, также влияет на отношение сигнал / шум (SNR) и результаты последующего анализа сигналов в частотной области с использованием быстрого преобразования Фурье (FFT).
К примеру семейство генераторов MultiVolt ECS обеспечивает базовую стабильность до ± 20 ppm, а версии SMV - до ± 5 ppm. Еще лучше продукты TCXO со стабильностью ± 2,5 ppm в версии с выходами HCMOS и ± 0,5 ppm для моделей с так называемыми выходами усеченной синусоиды.
Фазовый шум и джиттер всегда являются важным критерием выбора в усовершенствованном проектировании и должны учитываться при оценке ошибок. Обратите внимание, что существует множество типов джиттера, включая абсолютный, межцикловый, фазовый, долговременный и периодический. Для фазового шума также существуют различные диапазоны и типы интеграции, включая белый и другие шумы.
Понимание специфики колебаний частоты и фазового шума в генераторе и того, как они влияют на производительность, часто может быть проблемой. Также важно иметь хорошее представление о различных определениях параметров, используемых производителями для количественной оценки характеристик генератора и оценки общей погрешности.
Тип выходного сигнала и выходной драйвер - должны быть адаптированы к нагрузке. Две популярные топологии конфигурации выходов - несимметричная и дифференциальная.
Различные конфигурации выхода генератора
Генераторы с несимметричным выходом проще в использовании, но они более чувствительны к шуму и обычно подходят только до нескольких сотен мегагерц. Среди типов выходов доступны следующие драйверы:
- TTL с логикой от 0,4 до 2,4 В,
- CMOS от 0,5 до 4,5 В,
- HCMOS (быстрая CMOS) от 0,5 до 4,5 В,
- LVCMOS (низковольтная CMOS) от 0,5 до 4,5 В.
Дифференциальные выходы труднее использовать, но они обеспечивают лучшую производительность на высоких частотах, так как шум, общий для дифференциальных трактов, нейтрализуется. Типы дифференциальных выходов:
- PECL от 3,3 до 4,0 В,
- CML от 0,4 до 1,2 В и от 2,6 до 3,3 В,
- LVPECL (низковольтный PECL) от 1,7 до 2,4 В,
- LVDS от 1,0 до 1,4 В,
- HCSL от 0,0 до 0,75 В
Форма выходного сигнала генератора может быть классической одночастотной синусоидальной волной или синусоидальной волной с обрезанными пиками. Чистый синус наименее подвержен дрожанию и колебаниям по сравнению с версией с ограничением компаратора, поскольку он добавляет шум и дрожание и, таким образом, ухудшает качество. А подрезанная синусоида похожа на прямоугольную волну и может быть напрямую введена в цифровую логику.
Усеченная синусоида имеет форму прямоугольной волны с небольшим дрожанием или фазовым шумом
Напряжение и ток питания: потребление энергии значительно снизилось в последние годы, напряжение питания становится ниже, что соответствует потребностям современных устройств с батарейным питанием. Большинство генераторов могут работать с напряжением питания 1,8, 2,5, 3,0 и 3,3 В.
Размер корпуса: корпуса генератора также становятся меньше. Многие производители сохраняют стандартные размеры для версии с несимметричным выходом (для которой требуется только четыре контакта), в то время как версии с дифференциальным выходом имеют шесть контактов и, следовательно, более крупные корпуса с размерами: 1612 1,6 х 1,2 мм, 2016 2,0 х 1,6 мм, 2520 2,5 х 2,0 мм, 3225 3,2 х 2,5 мм, 5032 5,0 х 3,2 мм, 7050 7,0 х 5,0 мм.
Диапазон температур. Наибольшее влияние на работу генераторов оказывает температура. Даже если потребляемая мощность мала и самонагревание практически незначительно, температура окружающей среды влияет на рабочую частоту, поскольку эти изменения влияют на механические размеры и силы механического напряжения в кристалле кварца. Важно проверить работу выбранного генератора на крайних значениях ожидаемых диапазонов.
Для некоторых конструкций учитывается не только стабильность как функция температуры, но и необходимость удовлетворения других требований к надежности. Например, ECS-2016MVQ - миниатюрный SMD-генератор с выходом HCMOS с напряжением от 1,7 до 3,6 В. Керамический корпус размера 2016 (2,0 х 1,6 мм) имеет высоту всего 0,85 мм. Он разработан для требовательных промышленных устройств и сертифицирован AEC-Q200 (автомобильная промышленность) класса 1. Он доступен с частотами от 1,5 до 54 МГц с четырьмя степенями стабильности, от ± 20 до ± 100 частей на миллион в диапазоне от -40°C до + 85°С. Его фазовый джиттер очень мал, всего 1 пс в диапазоне от 12 кГц до 5 МГц.
Чипы ECS-2016MVQ и ECS-TXO-32CSMV - кварцевый генератор с обрезанной синусоидой на выходе и встроенной температурной компенсацией
Кварцы TCXO имеют более сложную конструкцию по сравнению с базовой версией, но потребляют значительно меньше энергии, чем OCXO со встроенным нагревателем, который обычно требует нескольких ватт. Кроме того, TCXO лишь немного больше, чем некомпенсированный блок, и значительно меньше, чем OCXO.
ECS-TXO-32CSMV - это пример TCXO с синусоидальным выходом в корпусе SMD из серии MultiVolt (питание от 1,7 до 3,465 В), доступный для диапазона частот от 10 до 52 МГц. Керамический корпус размером 3,2 x 2,5 x 1,2 мм идеально подходит для портативных и беспроводных устройств, где стабильность имеет решающее значение. Спецификация говорит об очень высокой температурной стабильности, с изменениями напряжения питания, различной нагрузкой и старением, а также низким потреблением тока ниже 2 мА.
Низкое энергопотребление в КГ
Мобильная электроника и область Интернета вещей (IoT) создают большой спрос на низкочастотные кварцевые генераторы, необходимые для схем с чрезвычайно низким энергопотреблением. Для таких целей подходит микросхема ECS-327MVATX в SMD-версии (корпуса с 2016 по 7050) с фиксированной частотой 32,768 кГц. Она потребляет всего 200 мкА и имеет выход CMOS. Она идеально подходит для использования с часами реального времени (RTC) и Интернетом вещей, обеспечивая стабильность частоты в диапазоне от ± 20 ppm до ± 100 ppm в диапазоне температур от -40 до + 85 C.
Чтобы свести к минимуму энергопотребление, многие генераторы допускают отключение. Например, ECS-5032MV с выходом CMOS в керамическом корпусе 5032. Дополнительный блокирующий контакт позволяет снизить ток питания с 35 мА в активном состоянии до 10 мкА в состоянии ожидания. Время запуска 5 мс.
В общем решение о выборе правильного кварцевого генератора - это больше, чем очевидное рассмотрение частоты, питания, стабильности и фазового шума. Разработчик также должен убедиться, что драйвер КГ совместим с нагрузкой. Вот несколько общих рекомендаций:
- Для выхода LVDS требуется только один согласующий резистор в приемнике сигнала, в то время как LVPECL требует его как в передатчике, так и в приемнике.
- LVDS, LVPECL и HCSL обеспечивают более крутые наклоны, чем CMOS, но потребляют больше энергии и лучше всего подходят для высокочастотных проектов.
- CMOS или LVDS - лучший выбор для самого низкого энергопотребления на частотах выше 150 МГц.
- LVPECL, LVDS, затем CMOS обеспечивают самый небольшой джиттер на низких частотах.
Справочник по кварцевым генераторам
А здесь вы можете скачать PDF справочник по современным кварцевым генераторам, включая их характеристики и подробное описание.
Форум по обсуждению материала КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ SMD
Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.
Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.
Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.
Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.
Читайте также: