Kā izvēlēties pareizo oscilatoru jūsu dizainam

Calling All Cars: The Grinning Skull / Bad Dope / Black Vengeance (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Četri galvenie jautājumi, kas palīdz nodrošināt jūsu dizaina prasību izpildi

BY DAVID McPARLAND
Vecāko produktu vadītājs, oscilatoru produkti
Silicon Labs
www.silabs.com
Kristāla oscilatori bieži vien ir viens no pēdējiem komponentiem, ko dizainers domā, bet nepareizā daļa var ātri nogalināt dizainu. Turklāt, meklējot dažādus pieejamos oscilatori un to iespējas, var būt mulsinoši. Izvēloties oscilatoru, jums ir jāuzdod četri galvenie jautājumi. Atrastās atbildes palīdzēs nodrošināt, ka jūsu dizaina prasības tiek izpildītas.
Vai jums ir nepieciešams kristāls vai oscilators?
Lai gan tie var izskatīties vienādi un dalīties ar daudzām specifikācijām, kristāli un oscilatori ir ļoti atšķirīgas ierīces. Iepakots kristāls ir kvarca gabals, sagriezts un pulēts, lai rezonētu īpašā frekvencē ar augstu Q vērtību. Tas nesatur oscilatoru ķēdi, kas vada kvarcu, lai iegūtu pulksteņa izvadi. Tā vietā piedziņas shēma atrodas tajā ierīcē, uz kuru ir pievienots kristāls.
Savukārt kristāla oscilators vai XO ir pilnīga ierīce, kas satur kvarca kristālu, oscilatoru ķēdi, izejas draiveri un, iespējams, fāzu aizslēgtu cilpu (PLL). XO nodrošina pulksteņa izvadi ar noteiktu frekvenci un signāla formātu, piemēram, CMOS, LVDS un LVPECL. Oscilators ( 1.attēls ) var vai nu vadīt mikroshēmu tieši, vai arī to izvadīt caur buferi, lai nodrošinātu konkrētas frekvences vairākas kopijas.

1. attēls: oscilators ir pilnīgs, viena izejas pulksteņa ģenerators.
Lielākā daļa patērētāju un ar akumulatoru darbināmu lietojumprogrammu izmanto sērijveida mikroshēmas (SoC) ierīces ar integrētām oscilatoru shēmām un vienkāršu, zemu izmaksu kristālu pulksteņa sintēzei. Augstākās klases lietojumprogrammām - datu centram, telekomunikācijām, rūpnieciskajai automatizācijai utt. Parasti tiek izmantots ārējais XO, lai nodrošinātu SoC iekšējo PLL atsauces laiku.
Izmantojot izslēgta mikroshēmas pulksteņa avotu, ir izdevīgi, jo tā piedāvā neatkarīgu, izolētu atskaites pulksteni, kas optimizēts, lai nodrošinātu zemu nervozētību ar minimālu šķērsruna. Vēl viens ievērojams ieguvums ir tas, ka oscilatori ietver integrētu barošanas trokšņa atteikumu, lai samazinātu kuģa līmeņa trokšņa ietekmi uz pulksteņa drebēšanu.
Kāds triecienu veiktspēja ir nepieciešama?
Drebēšanas laiks ir veids pulksteņa signāla tīrības mērīšanai. Jo zemāks trīce, jo mazāk trokšņains. Tā kā oscilators parasti darbojas kā vietējā sistēmas "sirdsdarbība", ir vēlama tīrā un zemas nervozēšanas jauda.
Triecienu mēra vai nu laika diapazonā osciloskopā - piemēram, perioda nervozitāte un ciklu trauksme - vai frekvences jomā fāzes trokšņa analizatorā ar RMS frekvences joslu, kas integrēts frekvenču joslā, piemēram, 12 kHz līdz 20 MHz, kā parādīts 2. attēlā .

2. attēls: XO fāzes trokšņu meklēšanas rīks.
Augstas veiktspējas lietojumprogrammās ir izšķirīga nozīme XO ar zemu fāzu koncentrāciju ar <250 fs-RMS, jo augstā pulksteņa drezīna laikā rodas nepieņemami augsts bitu kļūdu līmenis (BER), pazaudēta satiksme vai sistēmas saziņas zudums. Tādēļ, ja rodas šaubas, vienmēr ir drošāk sākt ar zemākas drebēšanas pulksteņa avotu, lai nodrošinātu lielāku nervozētību.
Ideālā situācijā, vai oscilatora vadītā lietojumprogramma vai mikroshēmojums nodrošina maksimāli pieļaujamo drebēšanas specifikāciju ar pievienoto integrācijas joslu, fāzes trokšņa masku un prasībām. Šādos gadījumos galvenā uzmanība ir pievērsta tam, cik daudz svārstību ir nepieciešams no oscilatora, lai ļautu jebkādam piedevas satricinājumam no bufera vai citām mikroshēmām, kas atrodas lejup pa straumi laika gaitā.
Vēl viens apsvērums ir tas, ka dažas XO datu lapas reklamē tikai "tipisku" dreitu specifikāciju. Tas negarantē ierīces veiktspēju procesa, sprieguma, temperatūras un frekvences izmaiņu dēļ.
Visbiežāk aparatūras dizaineram nebūs visaptverošas prasības par drebēšanu visās sistēmas galvenajās sastāvdaļās. Atsauces dizainparaugi šajā gadījumā ir noderīgi, jo dizainparauga oscilators jau ir pārbaudīts.
Var būt arī noderīgi strādāt ar piegādātāju, kas piedāvā dažādus oscilatorus ar dažādām nervozētām un izmaksu iespējām, kā arī tiešsaistes rīkus, lai palīdzētu jums izvēlēties piemērotāko. Atkal, ja rodas šaubas, vienmēr ir drošāk sākt ar zemākas nervozēšanas oscilatoru un vēlāk novērtēt atvieglinātās nervozēšanas iespējas kā potenciālu nākotnes ceļu, lai samazinātu izmaksas.

Vai mainīsies frekvence?
Daudziem oscilatoru programmām nepieciešama tikai viena, fiksēta frekvence, piemēram, 156, 25 MHz. Citos gadījumos frekvencei, ko nodrošina oscilators, var būt nepieciešams mainīt. Piemēram, 12G-SDI video kadram var būt nepieciešams pārslēgties starp diviem dažādiem video kadru ātrumiem 297 MHz un 297 / 1.001 MHz.
Citos gadījumos var būt ieteicams ar nelielu frekvenču novirzi papildus iekļauties starpības testā, lai pārbaudītu sistēmas līmeņa iestatīšanu un turiet laiku. Varbūt visbiežāk dizaineri, iespējams, vēl nav precīzi zinājuši, kuru biežumu izmantos galīgais dizains, taču viņi zina, ka viņiem būs nepieciešams oscilators, lai sniegtu šo atsauci.
Šādiem lietojumiem ideāls risinājums ir oscilators, kas nodrošina vairākas iepriekš uzglabātas frekvences. Šiem pielietojumiem ir pieejami divējāda un quad oscilatori. Šo ierīču izejas frekvence ir izvēles iespēja, ļaujot vienam XO aizstāt vairākus oscilatorus un mux. Ja lietojumprogrammai ir vajadzīgs veselu skaitļu un daļiņu pulksteņu sajaukums, izvēlieties ierīci, kas pastāvīgi nodrošina zemu vibrāciju darbību visās mērķa frekvencēs.
Vēl viens noderīgs oscilatoru veids ir I 2 C-programmējams XO. Šīs ierīces piedāvā visbiežākās frekvences elastīgumu, nodrošinot pastāvīgu zemu vibrāciju darbību plašā frekvenču diapazonā. Šīs ierīces var tikt pārprogrammētas lidojumā, lai nodrošinātu gandrīz neierobežotu frekvenču skaitu.
Tie ir ļoti noderīgi arī prototipēšanai un izmantošanai digitālajās PLL arhitektūrās, kuros uzņēmējas procesors nodrošina ātru digitālu atgriezeniskās saites mehānismu, kas ļauj XO bloķēt un izsekot atskaites signālu.
Cik svarīga ir frekvences stabilitāte?
Frekvences stabilitāte ir pasākums, cik lielā mērā oscilatora izejas frekvence ekspluatācijas laikā var mainīties temperatūras izmaiņu dēļ. Ja frekvence pārsniedz pieteikumā paredzēto, iespējamas kļūmes laika ziņā. Frekvences stabilitāte tiek izteikta daļās uz miljonu vai ppm, salīdzinot ar nominālo frekvenci noteiktā temperatūras diapazonā.
Ražošanas laikā oscilatori izmanto dažādos leņķos sagrieztus kvarca kristālus, lai iegūtu dažādas temperatūras reakcijas. Kopējie XO temperatūras un stabilitātes novērtējumi ietver ± 20 ppm, ± 50 ppm un ± 100 ppm. Apakšējā ppm nozīmē, ka izejas frekvence ir stabilāka attiecīgajā temperatūras diapazonā.
Ir vērts atzīmēt, ka frekvences stabilitāte ir tikai viens aspekts, kas nosaka, cik daudz oscilatora frekvence var mainīties. Pilnīgu potenciālās biežuma novirzes mērīšanu sauc par kopējo stabilitāti, kas ir frekvences stabilitātes temperatūras summa, sākotnējā precizitāte 25 ° C un novecošanās noteiktā laikā un temperatūrā. Kopējā stabilitāte, kā parādīts 3. attēlā, parāda iespējamo sliktāko iespējamo frekvenci, ko oscilators var radīt visā tā darbības laikā.

3. attēls: kopējās stabilitātes komponenti.
XO var būt lieliska frekvences stabilitāte virs temperatūras, bet šis mērījums ir tikai attiecībā pret nominālo frekvenci, ko tā nodrošina istabas temperatūrā. Tātad sākotnējā precizitātes kļūda var būt diezgan liela dažām ierīcēm, piemēram, SAW oscilatoriem, un tā jāņem vērā.
Tāpat kvarca kristāli lēnām vecumā ilgstoši, tāpēc izejas frekvence lēnām novirzās. Daži oscilatoru piegādātāji norāda, ka novecošanās notiek tikai vienu gadu 25 ° C temperatūrā, savukārt konservatīvāki piegādātāji norāda, ka 10 gadu laikā novecošana augstākajā temperatūrā nodrošina ilgstošāku darbību.
Novecošanās stāvoklis var ievērojami atšķirties no oscilatora kopējās stabilitātes, un dažreiz var būt grūti salīdzināt ābolus ar āboliem. Ja rodas šaubas, ir drošāk izmantot laika iestatīšanas ierīci ar garantētām specifikācijām vairāk stingrākos apstākļos, lai nodrošinātu lielāku dizaina rezervi.