Elektronik devrelerde mekanik osilatörlerin prevelansı neden?

Modern elektronikteki saat kaynakları, her ikisi de mekanik olarak titreşim üreten kuvars ve MEMS osilatörlerinden her zaman geliyor gibi görünmektedir. Titreşimin genliği ve frekansı, örneğin müzik aletlerinde gözlemlediğim günlük mekanik titreşimlerden farklı büyüklük sıralarıdır. Bununla birlikte, kapasitif veya endüktif elementler kullanarak doğrudan elektromanyetik alanda saat kaynakları almamamız şaşırtıcıdır.

İndüktörlerin özellikle parazit kaybı olmadan üretimi zor olduğunu biliyorum. Ancak mekanik osilatörlerin de ideal olmamasını beklerdim.

Elektriğin yayılma gecikmesini kullanabilirsiniz, ancak daha sonra yavaş frekanslarda çalışan küçük bir osilatör yapmak zor olacaktır.

Mikroskobik titreşimli cihazları elektrik salınımlı bileşenleri yapabileceğimizden daha ideal hale getirebileceğimiz gerçekten doğru mu?

Çünkü mekanik cihazlar elektrikli muadillerine göre çok daha kararlıdır. Bir kristal osilatörü bir LC osilatörü ile karşılaştıralım:

Kristal:

• Çok yüksek bir Q'ya sahiptir. Vikipedi'ye göre , bir kristal osilatörün tipik Q değeri 10.000-1.000.000'dir.
• Sıcaklık ile kararlı. Birçok kristal, sıcaklık aralıkları üzerinde <50ppm'de belirtilir ve sıcaklıkla ~ 1ppm'ye kadar sıcaklık dengelemeli veya kontrollü kristaller de mevcuttur
• Dar toleransa göre üretilmiştir. Ucuz kristaller genellikle ~ 25ppm olarak belirtilir, ancak daha sıkı toleranslar mevcuttur

LC veya RC:

• Entegre bir cihaz olarak mevcut değildir, bu nedenle raf bileşenlerinden monte edilmelidir (mcu veya benzeri bir yere entegre edilmedikçe).
• Düşük Q, Q birkaç yüzden daha yüksek bir indüktör yapmak zor
• Sıcaklığa duyarlı - sıcaklığa dayanıklı indüktörler yapmak zordur

• Voltaj duyarlı - geri besleme devresindeki eşik voltajı ve şarj voltajı genellikle voltaja bağlıdır.

  Ancak bu, elektrikli osilatörlerin asla kullanılmadığı anlamına gelmez, sadece büyük hassasiyetin gerekli olduğu yerlerde kullanılmadıkları anlamına gelir. Ancak kristal osilatörlere göre bazı avantajları vardır:

• Başka bir IC'ye kolayca entegre edilebilirler. Birçok mikrodenetleyici şimdi entegre bir osilatör ile geliyor

• (Bazen) daha az güç kullanırlar. Çoğu zaman bir mikrodenetleyici, yüksek hızlı (MHz) bir kristalden daha az güç ve bazen düşük hızlı (32.768kHz) bir kristalden daha az güç kullanan bekçi zamanlayıcısını çalıştırmak için düşük güçlü bir osilatör içerir.
• Bir IC'ye entegre edilebildiğinden, bir kristalin çok büyük olacağı yerlerde kullanılabilirler
• Oldukça kolay bir şekilde ayarlanabilirler. Bir kristal, kalibre edilmiş frekansından sadece birkaç kHz kaydırılabilir, ancak LC devresinin kapasitesini (bir varaktör diyotta olduğu gibi) ayarlayarak, frekans oldukça geniş bir aralıkta ayarlanabilir. Bu, LC osilatörlerinin, muhtemelen kristal referansına kilitlenmiş olan PLL'ler veya VCO'lar gibi devrelerde kullanılabileceği anlamına gelir.

Mekanik olmayan osilatörler, doğru zamanlamanın gerekli olduğu yerlerde değil, birçok cihazda kullanılır.

İndüktörlerin ve kapasitörlerin mekanik bir osilatörden daha hassas hale getirilip getirilemeyeceği gerçekten değildir. Bu bileşenlerin voltaj / sıcaklık aralıkları üzerinde kararlı bir şekilde çalışıp çalışamayacağıdır. Tüm devrelerinizi, voltaj / sıcaklığı sabit tutmak için bir bant aralığı voltaj referansına, bir termometreye ve bir ısıtma devresine sahip olacak şekilde tasarlamak istemiyorsanız, indüktörlerin ve kapasitörlerin neredeyse bir kristal kadar kararlı bir yerde çalışmasını sağlayamazsınız. .

Bir kristali üretim sırasında doğru frekansa ayarlamak için, doğru boyuta gelene kadar cilalayabileceklerini varsayıyorum. Ayrıca ihtiyacınız olduğu kadar doğru kapak ve indüktör de üretebilirsiniz. Sorun sadece orada kalmayacak olmasıdır.