Les produits de chronométrage sont presque omniprésents et constituent un élément important de la société moderne. Une synchronisation précise nécessite des dispositifs tels que des cristaux de quartz capables d'osciller à des fréquences précises, ainsi que des circuits intégrés (CI) qui contrôlent les appareils. Les modules d'horloge encapsulés contiennent généralement à la fois des cristaux et des circuits intégrés de contrôle. La gamme de fréquences des circuits oscillateurs électroniques varie du kilohertz (kHz) au mégahertz (MHz).
Les cristaux KHz peuvent être vendus séparément ou intégrés à d'autres produits tels que des oscillateurs à cristal (CXO), des oscillateurs à cristal compensés en température numérique (DTCXO) et des horloges en temps réel (RTC).
Facteurs déterminant la sélection des cristaux kHz
Lors de la sélection des cristaux kHz pour les applications, la taille et la fréquence souhaitée sont les considérations les plus importantes, mais d'autres paramètres sont également cruciaux pour la conception de circuits adaptés.
Cela comprend :
Tolérance de fréquence, stabilité et vieillissement
Capacité de charge (CL)
Résistance série équivalente (ESR)
Niveau de conduite (DL)
Température de fonctionnement
Les cristaux KHz ont généralement des exigences pour les circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC), qui répertorient les valeurs des paramètres requis. Les informations ASIC peuvent constituer un point de départ solide pour la conception de circuits. La tendance à la miniaturisation des circuits électroniques signifie que les concepteurs doivent accorder une attention particulière aux facteurs ci-dessus, car la taille et l'emballage dense des composants peuvent affecter les caractéristiques et les performances des cristaux. Cependant, le processus de fabrication par photolithographie garantit que la miniaturisation des circuits oscillateurs à cristal n'affecte pas les paramètres requis pour leur fonctionnement efficace.
Tolérance de fréquence, stabilité et vieillissement
Bien que les cristaux spécifient des fréquences spécifiques, des écarts de fréquence peuvent toujours se produire en raison des contraintes lors de la fabrication ou des contraintes de surface lors du fonctionnement quotidien. L'écart de fréquence peut être résumé en évaluant trois paramètres : la tolérance de fréquence, la stabilité de fréquence et le vieillissement.
La tolérance de fréquence est définie comme la différence entre la fréquence réelle et la fréquence nominale d'un cristal à +25°C. La stabilité de fréquence fait référence au décalage de fréquence maximal provoqué par la température dans une plage de température définie. Pour améliorer la précision du cristal, il est recommandé d'utiliser kHz XO, qui peut prendre en compte la variation de fréquence avec la température (Figure 1) et effectuer l'étalonnage correspondant. Enfin, le vieillissement fait référence à la dérive de la fréquence au fil du temps. Le scellement peut réduire les effets du vieillissement, mais peut augmenter la taille.