16 февруари 2023 l ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ електроника Осцилаторите са генератори на стабилна честота fnom, реализирани с външни или вградени LC/RC кръгове, кварцови, керамични или MEMS резонатори. Тук разглеждаме последните три вида. Разновидности са TCXO, VCTXCO, TCVCXO, които предлагат различни видове температурна стабилизация и температурна компенсация, с цел увеличаване на точността. Микроелектромеханичните (MEMS) силициеви осцилатори са относително нова концепция (по-лесна за интегриране, тъй като резонаторът и електрониката са разположени върху една и съща силициева пластина), която намира все по-широко приложение. Сред факторите за това са възможностите за работа в широк температурен обхват и програмиране на ограничени серии със специфични параметри. Типични приложения на MEMS осцилаторите са автомобилни и индустриални системи, където е необходима повишена устойчивост в тежки работни условия (удари и вибрации). Недостатък е сравнително по-високата цена. Управляваните с напрежение осцилатори (VCXO) съдържат кварцов, SAW или MEMS резонатор, като чрез вграден електронен блок се осигурява линейна зависимост на честотата от подаваното му управляващо напрежение (Control Voltage) или това се задава през сериен интерфейс (I2C, SPI). Часовници за реално време (RTC) Въпреки че време може да се отчита и синхронизира през GPS/GSM/Internet мрежата, както и че повечето микроконтролери отдавна вече се предлагат със стандартно вграден часовник, самостоятелните RTC интегрални схеми (ИС) имат своите области на приложение. Причина за това е много ниска консумация (например до 45 nA @ 3 V), като при интегрираните (част от микроконтролер) и външни решения (GPS) консумацията може да бъде 100 и повече пъти по-голяма. Захранващото напрежение също е подобна причина – RTC ИС могат да поддържат работещ часовник (без периферия) с напрежения под 1 V, като при интегрираните решения се изискват минимум 1,8 V. Самостоятелните RTC обикновено имат системно и запасно батерийно захранване, директно свързани с литиева или друга батерия/акумулатор, докато при микроконтролерите се изисква допълнителен понижаващ или повишаващ регулатор. Още една причина е и заеманото място върху печатната платка – напълно функционален RTC ИС с вграден резонатор може да има същия размер като обикновен външен часовников (32 768 Hz) или тактов резонатор/осцилатор за микроконтролер. В Таблица 1 е показано сравнение между консумацията на LED, микроконтролер (MCU), самостоятелен и вграден RTC. RTC ИС използват кварцови резонатори с честота 32 768 Hz, които могат да са вградени в корпуса или да бъдат отделен външен компонент. При RTC с вграден резонатор има варианти с интегриран термистор, чрез който се компенсира промяната в температурата и се увеличава точността, за сметка на малко по-висока консумация. На Фиг. 1 са представени външни kHz резонатори, корпус на миниатюрен RTC с вграден резонатор, както и вътрешната структура на такъв интегриран RTC. В Таблица 2 е направено сравнение на точността според типа резонатор или осцилатор и работния температурен интервал. Статията продължава в следващия брой на сп. Инженеринг ревю Компонент Ток Работен цикъл Среден ток Коментар LED 10 mA 20% 2000 uA мигащ LED MCU low power 3 mA 10% 300 uA в основен режим MCU в sleep режим 50 uA 50% 25 uA MCU - само RTC 2 uA 100% 2 uA RTC винаги е включен RTC самост. модул 130 nA 100% 0,13 uA RTC винаги е включен RTC вграден модул 45 nA 100% 0,045 uA RTC винаги е включен Таблица 1. Консумация на видове RTC. Източник: Microcrystal Температурен диапазон Обикновен осцилатор TCXO RTC с TCXO 25 °C ±20 ppm ±1 ppm ±0,09 сек/ден от 0 до 50 °C -40 до +20 ppm ±1,5 до 3 ppm ±0,13 до 0,26 сек/ден от -40 до 85 °C -170 до +20 ppm ±3 до 5 ppm ±0,13 до 0,26 сек/ден Таблица 2. Сравнение на точността. Източник: Microcrystal Фиг. 1. Стандартни корпуси за 32 768 Hz резонатори (ляво), RTC ИС с висока степен на интеграция и размери колкото обикновените резонатори (в средата), структура на RTC ИС (дясно). Източник: Microcrystal, ST Microelectronics
RkJQdWJsaXNoZXIy Mzc3Mjk=