La diferencia entre oscilador de cristal activo y oscilador de cristal pasivo y su aplicación
Las fuentes de reloj de los microcontroladores se pueden dividir en dos categorías: fuentes de reloj basadas en dispositivos resonantes mecánicos, como osciladores de cristal y tanques resonantes cerámicos; oscilación RC (resistencia, capacitancia
); dispositivo. Una es la configuración del oscilador Pierce, adecuada para osciladores de cristal y tanques resonantes cerámicos. El otro es un oscilador RC discreto simple.
Los osciladores basados en tanques resonantes de cristal y cerámica suelen proporcionar una precisión inicial muy alta y coeficientes de temperatura bajos. Los osciladores RC pueden arrancar rápidamente
y tienen un costo relativamente bajo, pero generalmente tienen poca precisión en todo el rango de temperatura y voltaje de suministro operativo, y caerán entre el 5% y el 50% de la frecuencia de salida nominal
Cambios dentro del alcance.
Pero su rendimiento se ve afectado por las condiciones ambientales y la selección de componentes del circuito. Es necesario prestar especial atención a la selección de componentes y al diseño de la placa del circuito oscilador. Cuando se utiliza, el circuito del tanque resonante cerámico y la capacitancia de carga correspondiente deben optimizarse de acuerdo con la serie lógica específica. Los cristales con valores Q altos no son sensibles a la elección del amplificador, pero son propensos a sufrir derivas de frecuencia (y posiblemente daños) cuando se sobreamplifican.
Los factores ambientales que afectan el funcionamiento del oscilador incluyen: interferencia electromagnética (EMI), vibración y golpes mecánicos, humedad y temperatura. Estos factores pueden aumentar la variación de la frecuencia de salida, aumentar la inestabilidad y, en algunos casos, provocar que el oscilador se detenga.
La mayoría de los problemas anteriores se pueden evitar utilizando un módulo oscilador. Estos módulos tienen sus propios osciladores, proporcionan salida de onda cuadrada de baja impedancia y están garantizados para funcionar bajo ciertas condiciones. Los dos tipos más utilizados son los módulos de oscilador de cristal y los osciladores RC integrados (osciladores de silicio). El módulo de oscilador de cristal proporciona la misma precisión que un oscilador de cristal discreto. La precisión de los osciladores de silicio es mayor que la de los osciladores RC discretos y, en la mayoría de los casos, puede proporcionar una precisión comparable a la de los tanques resonantes cerámicos.
También es necesario tener en cuenta el consumo de energía a la hora de seleccionar un oscilador. El consumo de energía de un oscilador discreto está determinado principalmente por la corriente de suministro del amplificador de retroalimentación y el valor de capacitancia dentro del circuito
. El consumo de energía del amplificador CMOS es proporcional a la frecuencia de funcionamiento y se puede expresar como el valor de capacitancia de disipación de potencia. Por ejemplo, el valor de capacitancia de disipación de potencia del circuito de compuerta del inversor HC04 es 90 pF. Cuando se opera con una fuente de alimentación de 4 MHz y 5 V, equivale a una corriente de suministro de 1,8 mA. Junto con la capacitancia de carga del cristal de 20 pF, la corriente de suministro total es de 2,2 mA. Los circuitos de tanque resonante cerámico
generalmente tienen una capacitancia de carga mayor y, en consecuencia, requieren más corriente. En comparación, los módulos de oscilador de cristal generalmente requieren una corriente de alimentación de 10 mA-60 mA. La corriente de suministro de un oscilador de silicio depende de su tipo y función y puede variar desde unos pocos microamperios para dispositivos de baja frecuencia (fijos) hasta unos pocos miliamperios para dispositivos programables. Un oscilador de silicio de baja potencia, como el oscilador MEMS sit1602 de Sitime, requiere menos de 3-7 mA cuando funciona a 3,75-75 MHZ. La optimización de la fuente de reloj para una aplicación específica requiere una consideración integral de los siguientes factores: precisión, costo, consumo de energía y requisitos ambientales.
Crystal oscillator es la abreviatura de oscilador de cuarzo, y su nombre en inglés es Crystal. Es el componente más importante del circuito del reloj. Su función es proporcionar accesorios como tarjetas gráficas, tarjetas de red y placas base. Cada pieza proporciona una frecuencia de referencia, que es como una regla. Una frecuencia de trabajo inestable provocará una frecuencia de trabajo inestable en el equipo relacionado, lo que naturalmente provocará problemas. Debido a la mejora continua de los procesos de fabricación, indicadores técnicos importantes como la desviación de frecuencia, la estabilidad de la temperatura, la tasa de envejecimiento y el sellado de los osciladores de cristal ahora son muy buenos y ya no son propensos a fallar, pero aún puede prestarles atención. al elegirlos comprobar la calidad del oscilador de cristal. Por ejemplo, el circuito de reloj de una determinada tarjeta de red utiliza un oscilador de cristal SKO25MHz de alta precisión, que es más confiable y garantiza la sincronización precisa de la transmisión de datos, lo que reduce en gran medida la posibilidad de pérdida de paquetes y en el diseño de la línea.
El diseño debe estar lo más cerca posible del chip principal, de modo que la longitud de las trazas de la señal se acorte considerablemente y la confiabilidad aumente aún más. Si se utiliza un oscilador de cristal de baja calidad, aunque esto puede reducir el costo de la tarjeta de red, fácilmente provocará la pérdida de paquetes de datos durante el proceso de transmisión debido a problemas de precisión de frecuencia.
El oscilador de cristal también tiene la función de generar una corriente oscilante en el circuito y enviar una señal de reloj.