Il mercato globale dei cristalli, degli oscillatori e dei prodotti per la temporizzazione è estremamente frammentato e ammonta a circa sei miliardi di dollari. Esistono molti fornitori e un'ampia varietà di soluzioni. Questo rapporto fornisce informazioni sui prodotti di tendenza poco costosi e può servire da guida per i nuovi sviluppi.
Il mercato del clocking intelligente è suddiviso in tre sottosegmenti: circa 1/3 è coperto dal mercato del quarzo, circa 1/3 dal mercato degli oscillatori (oscillatori di clock) e circa 1/3 dal mercato della temporizzazione (ad esempio 32,768 kHz, TCxO, OCxO, differenziali). Da oltre 20 anni, Petermann-Technik (ortografia corretta: PETERMANN-TECHNIK) opera sul mercato come partner altamente specializzato in componenti per la determinazione della frequenza e, oltre a un ampio e profondo portafoglio di prodotti, offre un servizio di progettazione completo con l'obiettivo di offrire al cliente tutto da un'unica fonte e consentire un time-to-market molto rapido.
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Immagine 1: Petermann-Technik offre una gamma completa di "prodotti a controllo di frequenza" in combinazione con servizi di ingegneria e logistica[/caption]
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Negli ultimi anni si è assistito a un importante passaggio dai grandi cristalli THT e SMD disponibili in custodie metalliche (serie HC-49/U, HC-49/US, HC-49/US-SMD) ai cristalli SMD miniaturizzati in custodie ceramiche. La richiesta di cristalli oscillanti a più alta frequenza in custodie più piccole ha ulteriormente alimentato questa tendenza. Attualmente, il
cristallo SMD in un alloggiamento ceramico da 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad (serie SMD03025/4), disponibile nella gamma di frequenze da 8,0 a 64,0 MHz (AT fondamentale), è il cristallo SMD miniaturizzato più richiesto e più economico di tutti. Con la serie SMD03025/4, Petermann-Technik offre soluzioni adeguate per ogni applicazione (Fig. 2). Questi cristalli ottimizzati per la resistenza offrono una risposta transitoria ottimale negli intervalli di temperatura operativi definiti e possono essere forniti su richiesta con un livello di pilotaggio fino a 500 µW (nella gamma di frequenza da 12 a 64 MHz).
Sono disponibili soluzioni per temperature comprese tra -55 e +125 °C. I cristalli di quarzo non possono normalmente essere trattati a ultrasuoni. Un'altra specialità della gamma di cristalli SMD 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad è rappresentata dai
cristalli 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad della serie SMD03025/4US, sviluppati appositamente per la saldatura a ultrasuoni.
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Immagine 2: La riduzione dei prezzi dei cristalli SMD in alloggiamento ceramico ha imposto il passaggio dai cristalli THT e SMD di grandi dimensioni alloggiati in metallo. Il quarzo da 3,2 mm × 2,5 mm, serie SMD03025/4, è l'unico quarzo al mondo che può essere utilizzato nei prodotti finali sigillati a ultrasuoni[/caption].
Negli ultimi anni, il package da 2,5 mm x 2,0 mm/4 pad si è sviluppato parallelamente al SMD03025/4, ma non ha mai preso piede. Chi trova troppo grande l'alloggiamento da 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad può ripiegare sull'
alloggiamento da 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad della serie SMD02016/4. L'alloggiamento da 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad può essere considerato il nuovo alloggiamento di tendenza per le applicazioni molto piccole ed è sempre più richiesto, tanto che i prezzi dei cristalli in questo alloggiamento sono già scesi. Anche nell'alloggiamento da 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad, i cristalli a resistenza ottimizzata sono progettati per una risposta transitoria ottimale. Lo sviluppatore può scegliere tra versioni con un livello di pilotaggio fino a 400 µW.
Anche per i cristalli da 32,768 kHz sono richiesti alloggiamenti sempre più piccoli (Fig. 3). La versione più piccola con dimensioni di 1,2 mm x 1,0 mm sta per essere lanciata sul mercato. Attualmente c'è anche una forte richiesta di
cristalli da 32,768 kHz in custodie da 3,2 mm x 1,5 mm (serie M3215) e
2,0 mm x 1,2 mm (serie M2012) con resistenza ridotta . I cristalli a bassa resistenza da 32,768 kHz, così come le versioni standard, sono disponibili con capacità di carico da 4 a 12,5 pF nell'intervallo di temperatura da -40 a +125 °C. Molte versioni possono essere fornite a magazzino o in tempi brevi. Lo sviluppatore può scegliere tra due tolleranze di frequenza a +25 °C: ±10 ppm (opzionale) o ±20 ppm (standard).
Anche la gamma di prodotti per oscillatori è in piena espansione presso Petermann-Technik, in particolare la gamma di
oscillatori al silicio. Gli sviluppatori richiedono sempre più spesso soluzioni molto piccole, estremamente resistenti e di alta precisione in intervalli di temperatura sempre più elevati. Per motivi tecnologici, i cristalli di quarzo non possono più soddisfare questi requisiti. Per collegare il quarzo sono necessari due condensatori esterni che occupano spazio sulla scheda. D'altra parte, la resistenza aumenta con gli alloggiamenti sempre più piccoli, riducendo il tempo di assestamento. Inoltre, la tolleranza di frequenza minima per i cristalli a MHz è di +25 °C ±10 ppm, mentre le stabilità di temperatura sono di ±10 ppm da -20 a +70 °C, ±15 ppm da -40 a +85 °C, ±30 ppm da -40 a +105 °C e ±50 ppm da -40 a +125 °C. A seconda della versione, l'invecchiamento massimo del quarzo è di ±10 ppm dopo dieci anni. Un oscillatore di clock al silicio standard disponibile a magazzino in un alloggiamento da 2,0 mm × 1,6 mm/4-pad, ad esempio, ha una stabilità di frequenza di ±20 ppm a -40 a +85 °C (che comprende la tolleranza di frequenza a +25 °C, la stabilità di temperatura al di sopra di -40 a +85 °C, l'invecchiamento dopo il primo anno e le variazioni di frequenza causate dalle tolleranze
VDDe di carico) con un invecchiamento di ±3 ppm dopo dieci anni.
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Immagine 3: i cristalli da 32.768 kHz sono disponibili a magazzino in un'ampia gamma di alloggiamenti, comprese le versioni a bassa resistenza per applicazioni industriali e automobilistiche[/caption]
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Le versioni di oscillatori al silicio standard dedicati sono disponibili da ±10 ppm a -40 a +85 °C, o ±20 ppm a -55 a +125 °C con un jitter molto basso. Gli oscillatori possono inoltre pilotare carichi fino a 15 pF, in modo da consentire a un oscillatore di eseguire contemporaneamente il clock di diversi circuiti integrati con la stessa frequenza (Fig. 4).
Oltre agli
oscillatori al quarzo(xO,
TCxO,
VC-TCxO,
VCxO,
OCxO), la gamma comprende anche oscillatori al silicio. Gli oscillatori al silicio sono semiconduttori e utilizzano un risonatore al microsilicio con un'energia di oscillazione molto bassa.
bassa energia di oscillazione per la generazione del clock. Di conseguenza, basandosi sulla tecnologia analogica CMOS IC, non solo è possibile produrre versioni molto piccole, ma anche le prestazioni di questi oscillatori al silicio a basso costo sono molto buone. L'MTBF è di 1140 milioni di ore (FIT 0,88) ed è il migliore del settore. Rispetto agli oscillatori al quarzo, gli oscillatori al silicio sono 30 volte meno sensibili agli urti e alle vibrazioni e 54 volte meno sensibili ai campi elettromagnetici esterni.
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Immagine 4: ogni possibile oscillatore al quarzo è incluso nella gamma di prodotti Petermann-Technik[/caption]
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Inoltre, l'invecchiamento è dieci volte inferiore. A seconda del design, gli oscillatori al silicio possono essere alimentati da una pila a bottone per dieci anni, ad esempio. Gli innovativi oscillatori al silicio sono dispositivi di clock intelligenti e compatibili pin-to-pin con oscillatori al quarzo e MEMS.
Per i nuovi sviluppi e per sostituire gli oscillatori al quarzo e MEMS, gli oscillatori al silicio SMD sono la scelta migliore e più duratura. Gli specialisti di Petermann-Technik sono in grado di mostrare come si possano risparmiare diversi costi dimensionando l'oscillatore in modo appropriato. La gamma di prodotti per oscillatori al silicio comprende
oscillatori a bassissima potenza (kHz + MHz),
oscillatori di clock a bassa potenza,
oscillatori ad altissime prestazioni,
oscillatori differenziali,
oscillatori a spettro diffuso, TC e VCTCxO,
oscillatori per alte temperature (sono attualmente in fase di test versioni fino a +155 °C), oscillatori ad alta precisione (serie Splendid) e
oscillatori per autoveicoli (AECQ100).OSCILLATORI DI CLOCK AL SILICIO A BASSO CONSUMO
Il sotto-segmento degli
oscillatori al silicio a bassa potenza comprende versioni ottimizzate per il jitter nella gamma di frequenze da 1,0 a 137,0 MHz con stabilità di temperatura di ±20 ppm a -40 a +85 °C (serie LPO), da ±20 ppm, da -40 a +105 °C fino a -55 a +125 °C (serie HTLPO) e
oscillatori per autoveicoli AEC100 delle serie LPO-AUT (da -40 a +85 °C) e HTLPO-AUT (da -40 a +105 °C e da -55 a 125 °C). L'MTBF è di 1140 milioni di ore. L'innovativa tecnologia CMOS IC di questi oscillatori consente, ad esempio, di migliorare significativamente il comportamento EMC delle versioni corrispondenti grazie alla cosiddetta funzione soft level. Con un'estensione del tempo di salita/discesa fino al 45%, l'attenuazione EMC all'undicesima armonica è superiore a -60 dB. Un valore enorme per una regolazione così semplice di
trise e
tfall, gratuita per il cliente.
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Immagine 5: Gli oscillatori al silicio basati su semiconduttori sono molto economici, variabili ed estremamente durevoli. Stanno sostituendo i cristalli di quarzo e gli oscillatori al quarzo in un numero sempre maggiore di applicazioni[/caption].
Sebbene gli
oscillatori al silicio a bassa potenza siano disponibili in vari alloggiamenti standard che vanno da 2,0 × 1,6 mm a 7,0 × 5,0 mm, la corrispondente versione dell'oscillatore in un alloggiamento da 2,0 mm × 1,6 mm o al massimo da 2,5 mm × 2,0 mm viene offerta ai progettisti di applicazioni per nuovi sviluppi, con un'ampia gamma di tensioni di alimentazione da 2,25 a 3,63
Vc.c. (-xx- nella designazione dell'articolo), la stabilità di frequenza di ±20 ppm a -40 a +85 °C, ±30 ppm a -40 a +105 °C, ±30 ppm a -40/+125 °C e ±50 ppm a -55 a +125 °C, con la frequenza desiderata. La funzione del pin 1 è di stand-by. Anche se la funzione di stand-by non è assolutamente necessaria. Il motivo: lo sforzo di cablaggio del pin 1 è molto basso rispetto al possibile risparmio di prezzo. Normalmente, gli oscillatori con funzione di stand-by sono disponibili in grandi quantità, in modo da poter essere forniti con un preavviso molto breve e a un prezzo vantaggioso. Gli oscillatori privi della funzione di stand-by sul pin 1 sono solitamente prodotti su ordinazione nella quantità richiesta, il che è normalmente molto più costoso. Se non sono disponibili quantità a magazzino dell'oscillatore desiderato, i tempi di consegna standard, anche per i prodotti personalizzati, vanno da quattro a un massimo di sei settimane (Fig. 5).
OSCILLATORI AL SILICIO AD ALTISSIME PRESTAZIONI
Gli
oscillatori ad altissime prestazioni disponibili nella gamma di frequenza da 1,0 a 220 MHz dispongono anche della funzione soft level già descritta. I circuiti integrati CMOS consentono un jitter ridotto di 0,5 ps nella larghezza di banda di integrazione da 12 kHz a 20 MHz, in modo che questi oscillatori possano essere utilizzati in tutte le applicazioni critiche per il jitter. Gli
oscillatori al silicio ad altissime prestazioni sono disponibili con una stabilità di frequenza fino a ±10 ppm a una temperatura compresa tra -40 e +85 °C. L'invecchiamento è pari a ±5 ppm dopo un periodo di tempo di circa due anni. L'invecchiamento è di ±5 ppm dopo dieci anni.
OSCILLATORI DIFFERENZIALI AL SILICIO
Gli
oscillatori differenziali disponibili nella gamma di frequenza da 1,0 a 725 MHz non sono più utilizzati esclusivamente nelle applicazioni di telecomunicazione, networking, video, storage e server, ma sono sempre più utilizzati anche nelle applicazioni automobilistiche (AECQ100). Gli oscillatori differenziali offrono segnali di uscita LVPEC, LVDS o HCSL con un jitter tipico di 0,23 ps (156,25 MHz a 12 kHz - 20 MHz). La stabilità di frequenza è disponibile da ±10 ppm a -40 a +85 °C, o da ±25 ppm a -40 a +105 °C per le versioni automotive. Gli
oscillatori differenziali al silicio sono disponibili in custodie standard a sei pin con dimensioni di 3,2 × 2,5 mm, 5,0 × 3,2 mm e 7,0 × 5,0 mm, con tensioni di alimentazione comprese tra 2,25 e 3,63
V CC.
TCXOS E VC-TCXOS
Se lo sviluppatore non necessita di gamme di tensione di controllo della frequenza estremamente ampie, fino a 1600 ppm, i
TCxO e i
VC-TCxO a cristallo nella gamma di frequenza da 9,6 a 60 MHz rappresentano ancora la scelta migliore e più vantaggiosa. Disponibili in custodie di ceramica con dimensioni di 3,2 mm × 2,0 mm, 2,5 mm × 2,0 mm, 2,0 mm × 1,6 mm o addirittura 1,6 mm × 12 mm, questi oscillatori ad alta precisione hanno una stabilità di temperatura standard di ±0,5 ppm a -40 a +85 °C e un invecchiamento di ±1,0 ppm dopo il primo anno. La tensione di alimentazione è compresa tra 1,6 e 3,63
VCC. Il contenitore ceramico da 2,5 mm × 2,0 mm è il più adatto ed è consigliato per l'uso in nuovi sviluppi, a meno che non sia necessario un contenitore più piccolo.
OSCILLATORI A 32,768 KHZ A BASSISSIMA POTENZA
La comunicazione di dati a risparmio energetico e molto veloce o il posizionamento dopo la modalità sleep sono possibili solo con un clock di sistema a 32,768 kHz altamente preciso e veloce. Con un
oscillatore al silicio da 32,768 kHz, una soluzione a batteria basata sulla tecnologia di ibernazione può risparmiare oltre il 50% di energia. Una pila a bottone, ad esempio, può fornire energia per dieci anni a un'applicazione gestita con un
oscillatore a bassissimo consumo da 32,768 kHz.
Molti prodotti finali utilizzano la tecnologia di ibernazione, tra cui gli indossabili, le unità di comunicazione Bluetooth Low Energy (BLE) per applicazioni commerciali, industriali e automobilistiche, le applicazioni IoT, il GPS (commerciale e automobilistico), la comunicazione M2M, i tracker personali e i sistemi di monitoraggio medico dei pazienti, i contatori intelligenti, la domotica, il wireless e così via. La maggior parte dell'energia viene consumata in queste applicazioni dalla modalità di sincronizzazione, che richiede molta energia e che molto spesso deve essere eseguita entro finestre temporali definite. In queste applicazioni, per il clock dell'
RTC del chip BLE e di un µC vengono normalmente utilizzati due
cristalli a 32,768 kHz, oltre a un
cristallo a MHz ad alta precisione per la radio. A causa della sua tecnologia, un cristallo da 32,768 kHz ha un comportamento molto scarso in temperatura e la frequenza viene immediatamente distorta dalla capacità parassita o dalla variazione dei rapporti di capacità nel circuito, il che significa che la deriva di frequenza di un 32,768 kHz è molto elevata. Ciò significa che la sincronizzazione deve essere effettuata molto spesso, con un notevole consumo di energia.
Utilizzando
oscillatori a 32,768 kHz a bassissima potenza (serie ULPO-RB1, ULPO-RB2 e ULPPO), questo non è più il caso, poiché gli oscillatori a 32,768 kHz a bassissima potenza, disponibili con una stabilità di temperatura di ±5 ppm nell'intervallo da -40 a +85 °C, consentono di sincronizzare l'applicazione molto meno frequentemente (prolungamento significativo del tempo di ibernazione), con un risparmio di oltre il 50% dell'energia del sistema. Anche le dimensioni della scheda possono essere ridotte, poiché un oscillatore da 1,5 mm × 0,8 mm a 32,768 kHz può gestire contemporaneamente l'RTC e il µC ed è più piccolo dell'85% rispetto a un cristallo da 2,0 mm × 1,2 mm a 32,768 kHz con capacità di circuito esterne.
Gli
oscillatori a bassissima potenza da 32,768 kHz, disponibili nella
gamma VDD da 1,5 a 3,63
VCC, hanno un consumo di corrente inferiore a 1 µA, a seconda della versione, e consentono inoltre un'oscillazione molto rapida e affidabile dei circuiti integrati da clockare.
Ulteriori informazioni sono disponibili all'indirizzo:
Oscillatori a cristalloOscillatori al quarzoOscillatori al silicioSoluzioni a 32,768 kHz
o
Cristalli di quarzo SMD e THT, oscillatori e prodotti per la temporizzazione
Domande tecniche:
Telefono: 0 81 91 / 30 53 95
E-mail:
info@petermann-technik.de 
