Düşük güçlü elektronik ürünlerde zamanlama kaynakları, pil ömrü, güvenilirlik ve performans için örtülü itici faktörlerdir. Onlarca yıldır kuvars kristalleri, silikon bazlı mikroelektromekanik sistem (MEMS) osilatörlerinin ortaya çıkmasına kadar elektronik ürünlerde standart zamanlama bileşeni olmuştur.
MEMS osilatörlerini seçmek, giyilebilir cihazlardan IoT sensörlerine, endüstriyel ve yüksek hızlı dijital sistemlere kadar çeşitli uygulamaların tasarlanmasında en etkili adımlardan biridir. Bu tür kristal, silikon bir levha üzerine kazınır ve kesin bir frekansta titreşerek sabit bir dijital zamanlama sinyali sağlar.
Kuvars kristalleri, hassas frekanslarda titreşmek için voltajla uygulandığında piezoelektrik özelliklerine dayanarak 1930'lardan beri kullanılmaktadır. Kuvars kristalleri, mikrokontrolörler ve radyolar gibi cihazlar için uzun vadeli güvenilir zamanlama sağlayan doğal stabiliteye sahiptir.
Bununla birlikte, kuvars kristalleri nispeten kırılgandır ve belirli frekanslarda çalışır, bu da tasarım yinelemeleri ve frekans özelleştirmesi sırasında sorunlara neden olabilir. Ek olarak, kuvars kristalleri açıldıktan yalnızca birkaç milisaniye sonra stabil hale gelir, bu da onları sık uyku döngülerine sahip düşük güçlü cihazlar için uygun hale getirmez.
Direnç kapasitans (RC) osilatörleri ve endüktans kapasitans (LC) osilatörleri gibi elektronik ikameler, elektronik bileşenlerden saat sinyalleri üretebilir ancak sıcaklık, voltaj veya eskimeye bağlı olarak frekans kaymasına neden olabilir.
MEMS osilatörleri, kuvarsın mekanik stabilitesini silikonun minyatürleştirmesi, darbe direnci ve yapılandırılabilirliği ile birleştirir. Bu nedenle bu osilatör özellikle düşük güç tüketimi, dayanıklılık veya sınırlı alan gerektiren uygulamalar için uygundur. Bu osilatör mikrosaniye seviyesindeki bir hızda uyanır, sabit kalır ve sıcaklık değişimleri sırasında düşük güç tüketerek daha uzun çalışma süresi, daha küçük pil boyutu, daha kompakt ve dayanıklı tasarım sağlar.
Sismik dayanıklı ve programlanabilir seçenekler
Abracon, ultra kompakt, düşük güçlü ambalajda yüksek hassasiyetli frekans kontrolü sağlayan AMMLP serisi MEMS osilatörleri de dahil olmak üzere çeşitli zamanlama ve frekans kontrol cihazları sunmaktadır (Şekil 1). Geleneksel kuvarsla karşılaştırıldığında AMMLP cihazları, mühendislerin tasarım frekansı ve paketleme gereksinimlerini tam olarak karşılayan şok direnci, ultra küçük boyut ve programlanabilirlik ile karakterize edilir.
Şekil 1: Abracon'un AMMLP serisi MEMS osilatörü, geniş frekans seçim aralığına sahip endüstri standardı ambalajı benimser. (Resim kaynağı: Abracon)
Yeni nesil fitness takip cihazlarından otonom drone'lara kadar AMMLP osilatörleri, modern uygulamalar için gereken hassas, düşük güçlü zamanlamayı sağlayabilir. AMMLP cihazlarının frekans aralığı 2,3 MHz ila 170 MHz arasındadır ve hassasiyet, düşük güç tüketimi ve esnekliği birleştiren eksiksiz bir tür yelpazesine sahiptir. Bu cihazlar dört güç kaynağı voltajını destekler: 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V veya 2,25 V ile 3,6 V arasında değişen sürekli voltajlar.
Güç tüketimi açısından bakıldığında AMMLP osilatörleri, yaklaşık 6,5 mA'lık tipik akım tüketimiyle enerji verimliliği sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Pek çok model ayrıca, cihaz enerji tasarrufu yaparken uyku moduna girmelerine olanak tanıyan bekleme veya çıkış etkinleştirme modlarını da içerir. Bu osilatör, 2,0 x 1,6 mm, 2,5 x 2,0 mm, 3,2 x 2,5 mm, 5,0 x 3,2 mm ve 7,0 x 5,0 mm'lik endüstri standardı paket boyutlarını benimser ve en kompakt tasarımda bile gömülü entegrasyon elde etmeyi kolaylaştırır.
Frekans kararlılığı
Abracon cihazları fabrikadan çıkmadan önce kendi aralıklarındaki hemen hemen her frekansa programlanabilir. Frekans kararlılığı, taşınabilir endüstriyel veya tüketici uygulamaları için zamanlama tutarlılığı sağlayacak şekilde ± 20 ppm ila ± 50 ppm'lik geniş bir sıcaklık aralığında seçilebilir.
AMMLPAALJS-24.0000T, yüksek hassasiyetli, düşük güçlü 24 MHz ara frekans sağlarken PCB alanından tasarruf sağlayan 2,0 x 1,6 mm'lik bir MEMS osilatörüdür. Bu osilatör, mikro denetleyiciler, kablosuz RF ve diğer dijital devreler için kararlı saat sinyalleri sağlar. Güç kaynağı voltajı 2,25 V ila 3,63 V arasında değişir ve maksimum çalışma akımı 7,5 mA, bekleme akımı ise yalnızca 1,8 µ A'dır. Pille çalışan cihazlar için çok uygundur.
AMMLPDALJS-25.0000T, 2,5 x 2,0 mm'lik biraz daha büyük bir boyuta sahiptir ve Ethernet, USB ve belirli kablosuz radyolar için yaygın olarak kullanılan 25 MHz frekansında çalışır. Bu cihazın tipik bekleme akımı yalnızca 1 µA'dır ve aynı zamanda 2,25 V ile 3,63 V arasında değişen esnek çalışma voltajına sahip olup, taşınabilir veya endüstriyel tasarımlarda yüksek enerji verimli çalışmayı sağlar.
50 MHz AMMLPDDLJS-50.0000T, bekleme modunda 1 µA güç tüketimiyle 2,5 x 2,0 mm'lik bir paketi benimser, 1,8 V güç kaynağını destekler ve çalışma sırasında 7,5 mA'ya kadar tüketir. Bu osilatörün boyutu kompakttır ve düşük güç tüketimine sahiptir; bu da onu mükemmel alan ve enerji verimliliğine ihtiyaç duyanlar için ideal bir seçim haline getirir.
Her üç cihaz da uygulama tasarımını kolaylaştıran ± 20 ppm frekans kararlılığına ve CMOS çıkışına sahiptir.