компанія Geyer Electronic протягом багатьох років є одним з провідних світових виробників кварцових резонаторів. Продукція компанії призначена для різних температурних діапазонів і сортується по областям застосування.
Німецька компанія Geyer Electronic , Заснована в 1964 році. Компанія виробляє вироби, призначені для апаратури зв'язку, мультимедіа, автомобільної електроніки, побутової і промислової апаратури:
- керамічні та кварцові резонатори;
- кварцові генератори з різними діапазонами частот і типами корпусів (в тому числі і для поверхневого монтажу);
- фільтри.
Основний офіс компанії знаходиться в Німеччині. Виробництво розміщено в Японії, Китаї і Кореї.
Компанія Geyer Electronic надає великого значення тісній співпраці з клієнтами протягом всього етапу виробництва - від розробки вироби до серійного виробництва. Це гарантує відповідність готового продукту всім висунутим вимогам. Крім цього, глобальна мережа продажів гарантує доступність продукції та найкоротші терміни її доставки. Цим самим компанія зарекомендувала себе як надійний і орієнтований на успіх партнер.
Для того щоб порівняти характеристики резонаторів, виявити переваги / недоліки, необхідно розібратися в їх будові і принципах роботи, в суті п'єзоелектричного ефекту.
При деформації п'єзоелектричного зразка виникає електрична напруга між його гранями, а при додатку до його гранях електричної напруги він деформується. Це явище і називають п'єзоелектричним ефектом.
П'єзоелектричний ефект спостерігається в кварці, титанів барію, турмалін, сегнетової солі і інших речовинах. На ньому заснована робота акустичних випромінювачів, систем надточного позиціонування, адаптивної оптики, п'єзоелектричних двигунів, пьезогенераторов електроенергії, він використовується для подачі чорнила принтерах, в п'єзотрансформатор і в кварцових резонаторах.
Для виготовлення кварцового резонатора використовується кристал пьезоелектрика, з якого вирізується кільце, брусок або пластина. Після на вирізану пластину (кільце, брусок) наносяться електроди. При подачі напруги на електроди відбувається стиснення, згинання або зсув пластини (в залежності від способу вирізки кристала).
Коливання пластина створює в зовнішньому ланцюзі протидії ЕРС. Це явище еквівалентно роботі котушки індуктивності в коливальному контурі (рисунок 1). Якщо частота напруги, що подається близька (в ідеалі дорівнює) до частоти механічних коливань, витрати енергії виявляються істотно нижче, ніж при значній відмінності цих частот.
Мал. 1. Еквівалентна схема кварцового резонатора
Згідно малюнку 1, параметри еквівалентної схеми наступні:
С0 - міжелектродному ємність, утворена обкладинками і / або крісталлодержателя, ємністю проводять проводів;
С1, L1 - еквівалентні ємність і індуктивність механічної коливальної системи, які залежать тільки від механічних властивостей;
R1 - еквівалентний опір втрат механічної коливальної системи, що характеризує загасання механічних коливань.
Кварцові резонатори випускаються для різних частот, але найбільш популярним видом є резонатори на 32.768 кГц, що використовуються в часових схемах. Їх резонансна частота, поділена на пятнадцатіразрядном довічним лічильнику, дасть інтервал часу в одну секунду. Також резонатори застосовуються в генераторах з високою стабільністю фіксованої частоти (опорні генератори синтезаторів частот, трансиверного радіостанцій і ін.), В кварцових смугових фільтрах проміжної частоти супергетеродинних приймачів.
Якість схем з кварцовими резонаторами визначають наступними параметрами:
- стабільністю частоти;
- допустимим відхиленням частоти;
- навантажувальної ємністю;
- старінням.
Огляд кварцових резонаторів Geyer Electronic
Серії кварцових резонаторів (Quartz Crystals) Geyer Electronic випускаються на різні діапазони температур з урахуванням додатків, в яких вони використовуються. Визначити діапазон температури можна за останнім символу серії, де символу «Т» відповідає діапазон температури -40 ... 80 ° С, «Е» - -40 ... 105 ° С. Відсутність символу говорить про те, що робоча температура резонатора - -20 ... 70 ° С.
Основні характеристики цих кварцових резонаторів вказані в таблицях 1, 2. Усі розглянуті резонатори відповідають директиві RoHS 2011/65 / EU. Під словом «є» в таблицях мається на увазі можливість спецзамовлення резонаторів з даними параметрами.
Таблиця 1. Основні характеристики часових кварцових резонаторів в частотному діапазоні 32.768 кГц
Найменування Робоча температура (температурний допуск по частоті), ° С Допуск на допустиме відхилення частоти (df / F) при 25 ° C ± 3 ° C, ppm Нагрузочная ємність CL, пФ Старіння (df / F) (перший рік) при 25 ° C ± 3 ° C, ppm шунтуючих ємність, С0, пФ Використовується для додатків, особливості, сертифікація Тип
монтажу Розміри, Д × Ш × В, мм -20 ... 70 -40 ... 85 KX-327FT - (-0.03 ± 0.01 ppm / ° C2) ± 20
(Доступно ± 10) 12.5 ± 5 7 Чіп-карти, мобільний зв'язок, медицина SMD 1.6 × 1.0 × 0.5 KX-327RT - (-0.03 ± 0.01 ppm / ° C2) ± 20
(Доступно ± 10) 12.5 ± 5 1,3 Мобільний зв'язок SMD 2.0 × 1.2 × 0.6 KX-327NHT - (-0.035 ppm / ° C2) ± 20
(Доступно ± 10) 12.5
(Доступно 7, 9) ± 3 1.6 Мініатюрні коммуника-ційних пристрої (Сертифікація AEC-Q200) SMD 3.2 × 1.5 × 0.8 KX-327L (-0.042 ppm / ° C2) KX- 327LТ (-0.042 ppm / ° C2) ± 20
(Доступно ± 10) 12,5 ± 3 0.8 Промислове застосування SMD 7 × 1.5 × 4 KX-327S (-0.034 ± 0,006 ppm / ° C2) KX-327ST (-0.034 ± 0.006 ppm / ° C2) ± 20
(Доступно ± 10) 12.5 ± 5 2 Години, мікро-комп'ютери SMD 8.2 × 3.8 × 2.5 KX-26 (-0.042 ppm / ° C2) KX-26T (-0.042 ppm / ° C2) ± 30 12.5 ± 3 1.3 Годинники і мікро-комп'ютери ТНТ 2 × 6 KX-38 (-0.042 ppm / ° C2) KX-38T (-0.042 ppm / ° C2) ± 20 6 або 12.5 ± 3 1.3 Годинники і мікро-комп'ютери ТНТ 3 × 8
Таблиця 2. Основні характеристики кварцових резонаторів МГц-діапазону
Найменування Частотний діапазон, МГц Робоча температура (температурний допуск по частоті), ° С Допуск на допустиме відхилення частоти (df / F) при + 25 ° C ± 3 ° C, ppm Нагрузочная ємність CL, пФ Старіння (df / F) (перший рік) при 25 ° C ± 3 ° C, ppm Особливості Розміри, Д × Ш × В, мм -20 ... 70 -40 ... 85 -40 ... 105 KX-4 * 2 ... 80 (± 50 ppm; є ± 10 ... ± 50 ppm) KX-4T (± 50 ppm; є ± 50 ... ± 100 ppm) - ± 30 (доступно ± 10 ... ± 50) 8 (доступно 8 ... 16 ) ± 2 Макс. старіння ± 2ppm 1,6 × 1,2 × 0,3 KX-5 * 16 ... 80 (± 50 ppm; є ± 30 ... ± 50 ppm) KX-5T (± 100 ppm є ± 30 ... ± 100 ppm) KX-5E (± 120 ppm; є ± 50 ... ± 120 ppm) ± 30 (доступно ± 10 ... ± 50) 8 (доступно 8 ... 16) ± 2 сертифіката. AEC-Q200; макс. старіння ± 2ppm 2,0 × 1,6 × 0,45 KX-6 * 12 ... 80 (± 50ppm; є ± 10 ... ± 50 ppm) KX-6T (± 100 ppm; є ± 25 ... ± 100 ppm) KX -6E (± 150 ppm; є ± 50 ... ± 120 ppm) ± 30 (доступно ± 10 ... ± 50) 9 (доступно 8 ... 16) ± 2 сертифіката. AEC-Q200; макс. старіння ± 2ppm 2,5 × 2,0 × 0,55 KX-7 * 8 ... 60 (± 50 ppm; є ± 10 ... ± 50 ppm) KX-7T (± 100 ppm; є ± 20 ... ± 100 ppm) KX-7E (± 120 ppm; є ± 30 ... ± 120 ppm) ± 30 (доступно ± 10 ... ± 50) 12 (доступно 7 ... 20) ± 2 сертифіката. AEC-Q200; макс. старіння ± 2ppm 3,2 × 2,5 × 0,8 KX-9A * 7,680 ... 300,0 (± 50 ppm; є ± 10 ... ± 70 ppm) KX-9AT (± 100ppm; є ± 20 ... ± 100 ppm) KX-9AE (± 120 ppm; є ± 30 ... ± 120 ppm) ± 30; (Доступно ± 10 ... ± 50) 16 (доступно 10 ... 20) ± 2 Макс.стареніе ± 2ppm 5 × 3,2 × 1 KX-12A * 8,0 ... 50,0 (± 50 ppm; є ± 10 ... ± 50 ppm) KX-12AT (± 100 ppm; є ± 10 ... ± 100 ppm) KX-12AE (± 120 ppm; є ± 30 ... ± 120 ppm) ± 50; (Доступно ± 10 ... ± 50) 16 (доступно 10 ... 20) ± 2 Макс. старіння ± 2ppm 5 × 3,2 × 1 KX-12B * 8,0 ... 50,0 (± 50 ppm; є ± 10 ... ± 30 ppm) KX - 12BT (± 100 ppm; є ± 30 ... ± 50 ppm) KX - 12BЕ (± 120 ppm; є ± 50 ... ± 80 ppm) ± 30 16 (доступно 12 ... 20) ± 2 Макс. старіння ± 2ppm 6 × 3,5 × 1 KX-K ** 3,50 ... 70,0 (± 50 ppm; є ± 15 ... ± 50 ppm) KX - KT (± 100 ppm; є ± 25 ... ± 100 ppm) - ± 30; (Доступно ± 10 ... ± 50) 16 (доступно 12 ... 30) ± 5 Бюджетність 10,3 × 4,2 × 3,8 KX-KS ** 3,50 ... 70,0 (± 50 ppm; є ± 15 ... ± 50 ppm) KX-KST (± 100ppm; є ± 25 ... ± 100 ppm) - ± 30; (Доступно ± 10 ... ± 50) ± 5 Бюджетність; уменьш. профіль 10,3 × 4,2 × 3,8 KX-KSS ** 3,50 ... 70,0 (± 50 ppm; є ± 15 ... ± 50 ppm) KX-KSST (± 100ppm; є ± 25 ... ± 100 ppm) - ± 50; (Доступно ± 10 ... ± 50) ± 5 Бюджетність; уменьш. профіль 10,3 × 4,2 × 3,8 KX-3H ** 3,20 ... 70,0 (± 50 ppm; є ± 15 ... ± 50 ppm) KX-3HT (± 100 ppm; є ± 25 ... ± 100 ppm) KX-3HE (± 120 ppm; є ± 35 ... ± 120 ppm) ± 30; (Доступно ± 10 ... ± 30) ± 5 Бюджетність 10,3 × 4,2 × 3,8 KX-49 ** 1,84320 ... 200 (± 50 ppm; є ± 5 ... ± 50 ppm) KX-49T KX-49E ± 30; (Доступно ± 5 ... ± 50) 30 (доступно 10 ... 30) ± 5 Для годин ІС 11,3 × 13,6 × 4,9 KX-39 *** 3,579545 ... 40 (± 50 ppm) KX-39T (± 100 ppm) - ± 30 16 (доступно 12 ... 20) ± 3 Для годин ІС 3 × 10 30 ... 70 (± 100 ppm) KX-39T (± 150 ppm) - ± 50 16 (доступно 12 ... 20) ± 3 40 ... 100 (-0,042 ppm / ° C2) KX-39T (-0,042 ppm / ° C2) - ± 50 12 ± 5
Шунтирующая ємність, С0, пФ: * - 5, ** - 7, *** - для частотного діапазону 3,579545 ... 40, 30 ... 70 - 7; 40 ... 100 - 3.
Тримачі кристала кварцу повинні бути жорстко зафіксовані і не повинні змінювати свого початкового положення з моменту виробництва. В іншому випадку при стисненні і згинанні кристала кварцу можуть виникнути мікротріщини. Щоб цього не допустити, при монтажі в наскрізні отвору не згинайте висновки резонатора більш ніж на 3 мм щодо початкового положення. Також не варто припаювати корпус для фіксації, щоб не допустити нагріву кристала. Для цього необхідно використовувати спеціальні пристосування.
Ніяких особливих зауважень щодо самої пайку кварцового резонатора немає. Полярність будь-яка, заземлювати не потрібно. Версії резонаторів поверхневого монтажу паяють опалювальному згідно із запропонованими виробником умов пайки (малюнок 2).
Мал. 2. Умови пайки оплавленням для SMD-резонаторів
Мал. 3. Установка кварцового резонатора для мікроконтролера
Після пайки частота кварцового резонатора може змінитися на кілька ppm. Частота відновиться після декількох годин або днів без будь-яких наслідків для кристала кварцу. Очищення проводиться стандартними методами. При розміщенні кварцового резонатора на платі також бажано дотримуватися наступних умов:
- чим ближче до генератора - тим краще;
- поруч мають бути відсутні доріжки, по яких передаються інші сигнали, здатні внести перешкоди;
- при зберіганні потрібно дотримуватися необхідні умови:
- температура зберігання: 25 ± 5 ° C;
- вологість: 60 ± 15% RH.
Загальний діапазон температури зберігання позначений для кожної серії при замовленні.
Всі питання щодо резонаторів, їх вибору і установки можна задавати як виробнику, так і дистриб'ютору. Загальні ж принципи вибору навантажувальних ємностей і зовнішнього резистора розглянемо на прикладі кварцового резонатора KX-K для мікроконтролера з необхідною частотою 24 ... 25 МГц (рисунок 3).
Загальні дані резонатора KX-K , Згідно з таблицею 1:
- нагрузочная ємність CL дорівнює 16 пФ;
- температурний допуск на допустиме відхилення частоти: ± 30 ppm (20 ° C) / ± 50 ppm (-20 ... 70 ° C);
- внутрішнє резонансне опір: R1 = 40 Ом.
Якщо навантажувальна ємність НЕ буде узгоджена з навантажувальної ємністю кварцового резонатора, то буде мати місце зрушення резонансної частоти. Початкові значення ємності конденсаторів C1 і C2 для оптимізації повинні бути 22 пФ і 27 пФ, відповідно, тому що кристалу необхідна навантажувальна ємність 16 пФ. Передбачається, що у мікроконтролера є внутрішні ємності 2 пФ в OSC1 і OSC2. Паразитна ємність електричної схеми складає 3 пФ. Таким чином, заключна нагрузочная ємність дорівнює (всі значення ємностей в наведеній нижче формулі наведені в пФ):
(22 + 2) × (27 + 2) / (22 + 2 + 27 + 2) + 3 = 16,13
Для простого запуску коливань кварцового резонатора ємність на вхідному OSC1 мікроконтролера взята менше, ніж на його виведенні OSC2.
Щоб перевірити безпеку умов запуску, необхідно протестувати схему. Для тестування необхідно вручну спаяти резистори послідовно з кварцовим резонатором. Коливання, навіть незважаючи на опір в межах, повинні бути:
- для стандартних додатків - в 3 ... 5 разів більше зазначеного резонансного опору R1 (якщо R1 = 40 Ом, то діапазон дорівнює 150 ... 250 Ом);
- для автомобільних додатків - в 5 ... 10 разів більше зазначеного резонансного опору R1 (якщо R1 = 40 Ом, то діапазон дорівнює 250 ... 500 Ом)
Мал. 4. Установка зовнішнього резистора
Зовнішній резистор рекомендується використовувати при робочих частотах нижче 4 МГц. При більш високих частотах внутрішнього опору мікроконтролера зазвичай достатньо. Конденсатор C2 із зовнішнім резистором RV (малюнок 4), утворюють RC-ланцюжок, тобто фільтр низьких частот. Виходячи з цього, Rv вибирається таким чином, щоб критична частота f була вдвічі більше номінальної частоти резонатора.
f = 1 / 2π · RV · C2
Приклад для C2 = 22 пФ:
- для кварцового резонатора на 2 МГц бажана критична частота становить 4 МГц, отже, вибирається RV = 1.8 кОм;
- для кварцового резонатора на 6 МГц - становить 12 МГц, значить вибирається Rv = 600 Ом.
Компанія Geyer Electronic випускає якісні кварцові резонатори різних розмірів SMD- і THT-монтажу популярних частотних діапазонів для нових додатків. Добре налагоджений зворотній зв'язок між співробітниками компанії і клієнтами дозволить підібрати відповідний кварцовий резонатор для будь-якого завдання в залежності від умов експлуатації, необхідних характеристик, ціни і використання його в конкретному додатку.
література
- www.geyer-electronic.de
- www.compel.ru
- Євген Звонарьов. «Кварцові резонатори і генератори Geyer Electronic», Новини Електроніки, №2 / 2007, с. 6 ... 9
- ГОСТ 2.736-68 ЕСКД. Позначення умовні графічні в схемах. Елементи п'єзоелектричні і магнітострикційні. Лінії затримки.