Στα ηλεκτρονικά προϊόντα χαμηλής κατανάλωσης, οι πηγές χρονισμού είναι έμμεσοι κινητήριοι παράγοντες για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, την αξιοπιστία και την απόδοση. Για δεκαετίες, οι κρύσταλλοι χαλαζία ήταν το τυπικό συστατικό χρονισμού σε ηλεκτρονικά προϊόντα μέχρι την εμφάνιση ταλαντωτών μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων με βάση το πυρίτιο (MEMS).
Η επιλογή των ταλαντωτών MEMS είναι ένα από τα βήματα με τη μεγαλύτερη επιρροή στο σχεδιασμό διαφόρων εφαρμογών που κυμαίνονται από φορητές συσκευές και αισθητήρες IoT έως βιομηχανικά και ψηφιακά συστήματα υψηλής ταχύτητας. Αυτός ο τύπος κρυστάλλου είναι χαραγμένος σε μια γκοφρέτα πυριτίου και δονείται με ακριβή συχνότητα, παρέχοντας ένα σταθερό ψηφιακό σήμα χρονισμού.
Οι κρύσταλλοι χαλαζία χρησιμοποιούνται από τη δεκαετία του 1930, βασιζόμενοι στον πιεζοηλεκτρισμό τους όταν εφαρμόζονται με τάση για να δονούνται σε ακριβείς συχνότητες. Οι κρύσταλλοι χαλαζία έχουν φυσική σταθερότητα, εξασφαλίζοντας μακροπρόθεσμο αξιόπιστο χρονισμό για συσκευές όπως μικροελεγκτές και ραδιόφωνα.
Ωστόσο, οι κρύσταλλοι χαλαζία είναι σχετικά εύθραυστοι και λειτουργούν σε συγκεκριμένες συχνότητες, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά τις επαναλήψεις σχεδιασμού και την προσαρμογή συχνότητας. Επιπλέον, οι κρύσταλλοι χαλαζία σταθεροποιούνται μόνο λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά την ενεργοποίηση, καθιστώντας τους ακατάλληλους για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης με συχνούς κύκλους ύπνου.
Ηλεκτρονικά υποκατάστατα όπως ταλαντωτές χωρητικότητας αντίστασης (RC) και ταλαντωτές χωρητικότητας επαγωγής (LC) μπορούν να παράγουν σήματα ρολογιού από ηλεκτρονικά εξαρτήματα, αλλά μπορεί να προκαλέσουν μετατόπιση συχνότητας λόγω θερμοκρασίας, τάσης ή γήρανσης.
Οι ταλαντωτές MEMS ενσωματώνουν τη μηχανική σταθερότητα του χαλαζία με τη σμίκρυνση, την αντοχή στην κρούση και τη δυνατότητα διαμόρφωσης του πυριτίου. Επομένως, αυτός ο ταλαντωτής είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για εφαρμογές που απαιτούν χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, ανθεκτικότητα ή περιορισμένο χώρο. Αυτός ο ταλαντωτής ξυπνά σε ταχύτητα επιπέδου μικροδευτερόλεπτου, παραμένει σταθερός και καταναλώνει χαμηλή ισχύ κατά τις αλλαγές θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα μεγαλύτερο χρόνο λειτουργίας, μικρότερο μέγεθος μπαταρίας, πιο συμπαγή και ανθεκτικό σχεδιασμό.
Αντισεισμικές και προγραμματιζόμενες επιλογές
Η Abracon προσφέρει μια σειρά από συσκευές χρονισμού και ελέγχου συχνότητας, συμπεριλαμβανομένων των ταλαντωτών MEMS της σειράς AMMLP, οι οποίοι επιτρέπουν τον έλεγχο συχνότητας υψηλής ακρίβειας σε εξαιρετικά συμπαγείς συσκευασίες χαμηλής κατανάλωσης (Εικόνα 1). Σε σύγκριση με τον παραδοσιακό χαλαζία, οι συσκευές AMMLP χαρακτηρίζονται από αντοχή σε κραδασμούς, εξαιρετικά μικρό μέγεθος και δυνατότητα προγραμματισμού, τα οποία ανταποκρίνονται πλήρως στη συχνότητα σχεδιασμού και τις απαιτήσεις συσκευασίας των μηχανικών.
Εικόνα 1: Ο ταλαντωτής MEMS της σειράς AMMLP της Abracon υιοθετεί βιομηχανικές τυποποιημένες συσκευασίες με ευρύ φάσμα επιλογής συχνοτήτων. (Πηγή εικόνας: Abracon)
Από ιχνηλάτες φυσικής κατάστασης επόμενης γενιάς έως αυτόνομα drones, οι ταλαντωτές AMMLP μπορούν να παρέχουν τον ακριβή χρονισμό χαμηλής κατανάλωσης που απαιτείται για σύγχρονες εφαρμογές. Το εύρος συχνοτήτων των συσκευών AMMLP είναι από 2,3 MHz έως 170 MHz, με μια πλήρη γκάμα τύπων που συνδυάζουν ακρίβεια, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και ευελιξία. Αυτές οι συσκευές υποστηρίζουν τέσσερις τάσεις τροφοδοσίας: 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V ή συνεχείς τάσεις που κυμαίνονται από 2,25 V έως 3,6 V.
Από την άποψη της κατανάλωσης ενέργειας, οι ταλαντωτές AMMLP έχουν σχεδιαστεί για ενεργειακή απόδοση, με τυπική κατανάλωση ρεύματος περίπου 6,5 mA. Πολλά μοντέλα περιλαμβάνουν επίσης λειτουργίες αναμονής ή ενεργοποίησης εξόδου, επιτρέποντάς τους να εισέλθουν σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας ενώ η συσκευή είναι ενεργειακά αποδοτική. Αυτός ο ταλαντωτής υιοθετεί βιομηχανικά τυπικά μεγέθη συσκευασίας 2,0 x 1,6 mm, 2,5 x 2,0 mm, 3,2 x 2,5 mm, 5,0 x 3,2 mm και 7,0 x 5,0 mm, καθιστώντας εύκολη την επίτευξη ενσωματωμένης ενσωμάτωσης ακόμη και στον πιο συμπαγή σχεδιασμό.
Σταθερότητα συχνότητας
Οι συσκευές Abracon μπορούν να προγραμματιστούν για σχεδόν οποιαδήποτε συχνότητα εντός του εύρους τους πριν φύγουν από το εργοστάσιο. Η σταθερότητα συχνότητας μπορεί να επιλεγεί σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών από ± 20 ppm έως ± 50 ppm, διασφαλίζοντας τη συνέπεια χρονισμού για φορητές βιομηχανικές ή καταναλωτικές εφαρμογές.
Ο AMMLPAALJS-24.0000T είναι ένας ταλαντωτής MEMS 2,0 x 1,6 mm που εξοικονομεί χώρο PCB ενώ παρέχει ενδιάμεση συχνότητα 24 MHz υψηλής ακρίβειας και χαμηλής ισχύος. Αυτός ο ταλαντωτής παρέχει σταθερά σήματα ρολογιού για μικροελεγκτές, ασύρματα RF και άλλα ψηφιακά κυκλώματα. Η τάση τροφοδοσίας κυμαίνεται από 2,25 V έως 3,63 V και το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας του είναι 7,5 mA, με ρεύμα αναμονής μόνο 1,8 μ A. Είναι πολύ κατάλληλο για συσκευές που τροφοδοτούνται από μπαταρία.
Το AMMLPDALJS-25.0000T έχει ελαφρώς μεγαλύτερο μέγεθος 2,5 x 2,0 mm και λειτουργεί σε συχνότητα 25 MHz, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως για Ethernet, USB και ορισμένα ασύρματα ραδιόφωνα. Το τυπικό ρεύμα αναμονής αυτής της συσκευής είναι μόνο 1 μΑ και έχει επίσης ευέλικτη τάση λειτουργίας που κυμαίνεται από 2,25 V έως 3,63 V, διασφαλίζοντας λειτουργία υψηλής ενεργειακής απόδοσης σε φορητές ή βιομηχανικές κατασκευές.
Το 50 MHz AMMLPDDLJS-50.0000T υιοθετεί μια συσκευασία 2,5 x 2,0 mm, με κατανάλωση ενέργειας σε αναμονή 1 μΑ, υποστηρίζει τροφοδοσία 1,8 V και καταναλώνει έως και 7,5 mA κατά τη λειτουργία. Αυτός ο ταλαντωτής είναι συμπαγής σε μέγεθος και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, καθιστώντας τον ιδανική επιλογή για όσους απαιτούν εξαιρετικό χώρο και ενεργειακή απόδοση.
Και οι τρεις συσκευές έχουν σταθερότητα συχνότητας ± 20 ppm και έξοδο CMOS, γεγονός που απλοποιεί το σχεδιασμό της εφαρμογής.