В ассортименте кварцевые резонаторы WTL International Limited
Кварцевые резонаторы лежат в основе обеспечения критически важных функций современной электроники: от тактирования процессоров и точного хронометража до стабилизации частоты в системах радиосвязи и синхронизации беспроводных сигналов. Работа кварцевого резонатора возможна благодаря специальным материалам — пьезоэлектрикам. Свое название эти материалы получили благодаря пьезоэлектрическому эффекту, который проявляется в двух направлениях.
Прямой пьезоэлектрический эффект - к кристаллу пьезоэлектрика применяется механическое давление или деформация (сжатие, растяжение, изгиб), в его кристаллической решетке происходит смещение положительных и отрицательных ионов.
- Это смещение нарушает внутреннюю электрическую нейтральность кристалла.
- На противоположных гранях (электродах) кристалла появляются электрические заряды противоположных знаков — возникает электрическое напряжение.
- Если к электродам кристалла подключить цепь, по ней потечет ток.
Обратный пьезоэлектрический эффект – к электродам на поверхности пьезоэлектрического кристалла прикладывается внешнее электрическое напряжение, оно создает внутри кристалла электрическое поле.
- Это поле заставляет положительные и отрицательные ионы в кристаллической решетке смещаться в противоположных направлениях.
- Это смещение вызывает механическую деформацию кристалла — он сжимается, растягивается или изгибается.
- Если приложить переменное напряжение, кристалл начнет вибрировать с частотой этого напряжения.
Сам резонатор представляет собой монокристалл кварца, ориентация которого задана относительно кристаллографических осей. Такая пластина обладает собственной частотой механических колебаний, зависящей от геометрических и механических параметров пластины, а также пьезоэлектрических свойств.
Принцип работы
- При подаче напряжение на электроды благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту происходит деформация кристалла (изгиб, сжатие или сдвиг)
- Собственные колебания кристалла в результате пьезоэлектрического эффекта наводят на электродах дополнительную ЭДС
- Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных колебаний, происходит резонанс (подобно колебательному контуру, который является эквивалентом керамического резонатора) и затраты энергии на поддержание колебаний пластины понижаются.
WTL International Ltd. — компания из КНР, чьей основной деятельностью является производство устройств на основе пьезоэлектриков: кварцевых генераторов, фильтров и диэлектрических антенн.
Основной характеристикой кварцевых резонаторов является номинальная частота, однако сам резонатор не генерирует сигнал какой-либо формы. Чтобы получить полезный сигнал он должен быть частью схемы, где благодаря пьезоэлектрическому эффекту он задает частоту колебаний. При этом форма колебаний зависит от типа схемы генератора, в которую включен кварцевый резонатор.
Хотя микроконтроллеры STM32 обладают встроенным RC-генератором, способным тактировать ядро и периферийные модули, его применение для измерения временных интервалов критически ограничено невысокой точностью. Внутренняя RC-цепь характеризуется разбросом номиналов компонентов на уровне 1–2%, что приводит к существенной погрешности частоты. В отличие от него внешний кварцевый резонатор обеспечивает точность, измеряемую в единицах ppm (частей на миллион). Так, на частоте 1 МГц отклонение кварцевого генератора с допуском ±10…±30 ppm составляет всего 10–30 Гц, в то время как у RC-генератора с погрешностью 1% — уже 10 000 Гц.
На практике это выливается в значительную временную погрешность: при использовании RC-цепи накопленная ошибка может достигать нескольких минут в неделю, тогда как кварцевый резонатор обеспечивает отклонение не более нескольких секунд в месяц. Таким образом, для задач, требующих точного хронометража или синхронной работы с внешними устройствами, применение внешнего кварца является необходимым и технически обоснованным решением.
Переходя к практической реализации измерения времени в электронных системах, следует отметить, что хотя кварцевые резонаторы и являются общепринятым стандартом, частота 1 МГц — как в приведённом ранее примере — в реальности может быть не самым оптимальным решением. Вместо неё повсеместно используется частота 32,768 кГц. Если подать сигнал такой частоты на 15-разрядный счётчик, максимальное значение которого составляет 215=32768, то момент его переполнения будет наступать ровно один раз в секунду, что позволяет обеспечить минимальные затраты на аппаратное обеспечение.
WTL1W85569FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm, 12.5пФ SMD -40...+85°C,
WTL2X85587FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm, 12.5пФ, корпус SD-26, -20...+60°C
Стандарты беспроводной связи IEEE802 не регламентируют номинальную частоту тактового генератора, однако устанавливают жесткие требования к стабильности частоты генератора 20ppm. С технической точки зрения выбор частоты кварца обусловлен схемотехническими особенностями радиочастотной части устройства. Например, хотя несущая частота Wi-Fi находится в диапазоне 2.4 ГГц, это не означает, что опорный генератор должен работать на этой же частоте. Фактическая частота кварца определяется производителем чипсета, который проектирует встроенные синтезаторы и ФАПЧ (PLL), умножающие опорную частоту до необходимого значения.
Так, для Wi-Fi приёмопередатчика ESP8266EX частота внешнего осциллятора должна составлять от 24 до 52МГц при точности в 15ppm. Идеально подойдет кварцевый резонатор WTL3M85581FO, соответствующий запрашиваемым характеристикам приёмопередатчика.
WTL3M85581FO
Резонатор кварцевый, корпус SMD, 26.0МГц, 10ppm, 10пФ, -40…+85°С
Следует отметить, что применение кварцевого резонатора накладывает дополнительные требования, выходящие за рамки его корректного размещения в принципиальной схеме и на топологии печатной платы. Учитывая, что эквивалентная модель резонатора представляет собой колебательный контур, для обеспечения генерации на номинальной частоте необходимо строгое соответствие нагрузочной ёмкости цепи значению, указанному в технической документации на компонент. Использование ёмкости иного номинала может привести к отклонению частоты от заданного значения и увеличению полного сопротивления цепи, что негативно скажется на работе генератора.
Рисунок 1 – схема подключения кварцевого генератора для микроконтроллеров Atmega
С полным ассортиментом кварцевых резонаторов от компании WTL International Ltd. можно ознакомиться по ссылке или в перечне ниже
WTL3T85267FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm, Cшунт = 1.3пФ, Cнагр = 6пФ
WTL3M85263FO
Резонатор кварцевый 16.0МГц, SMD -40…+85°С
WTL1X85264FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm, 12.5пФ SMD -40...+85°C
WTL3M85266FO
Резонатор кварцевый 12МГц;ppm25°C: 30ppm; Монтаж: SMD; CШунт: 5пФ; CНагр: 12пФ;
WTL3M85271FO
Резонатор кварцевый: 8МГц, 50 ррm
WTL9S85590FO
Резонатор кварцевый 3686.4кГц 30ppm, 20пФ, корпус HC-49/S, -20...+60°C
WTL3M85421FO
Резонатор кварцевый 8МГц, 10PPM при 25°C, 20PPM при -40°С+85°C, 400Ом, 12пФ
WTL3T85277FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ррm, 3х8мм.
WTL3X85287FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm 6пФ пластик 8х3.8х2.5мм
WTL9M85284FO
Резонатор кварцевый: 8МГц, 30ppm, Cшунт = 7пФ, Cнагр = 16пФ
WTL9S85417FO
Резонатор кварцевый 4000кГц 20ppm, 20пФ, корпус HC-49/S, -20...+60°C
WTL9M85399FO
Резонатор кварцевый: 25МГц, 30ppm, Cшунт = 7пФ, Cнагр = 16пФ
WTL3T85395FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 12.5пФ
WTL9S85571FO
Резонатор кварцевый 25000кГц 30ppm, 20пФ, корпус HC-49/S, -20...+60°C
WTL9M85415FO
Резонатор кварцевый 8000кГц 20ppm, 20пФ, корпус HC-49/US-SMD, -20...+60°C
WTL3X85268FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm, Cшунт = 2пФ, Cнагр = 12.5пФ
WTL9S85418FO
Резонатор кварцевый 12000кГц 30ppm, 20пФ, корпус HC-49/US, -20...+60°C
WTL7M85265FO
Резонатор кварцевый 8МГц, 50 ррm
WTL3M85605FO
Резонатор кварцевый 25.0МГц 8пФ для поверхностного монтажа
WTL9M85285FO
Резонатор кварцевый: 12МГц, 30ppm, Cшунт = 7пФ, Cнагр = 16пФ
WTL9S85424FO
Резонатор кварцевый 16000кГц 20ppm, 20пФ, корпус HC-49/S, -20...+60°C
WTL2X85587FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 20ppm, 12.5пФ, корпус SD-26, -20...+60°C
WTL3M85536FO
Резонатор кварцевый 32 МГц 3.2х2.5мм
WTL9S85406FO
Резонатор кварцевый 25000кГц 20ppm, 20пФ, корпус HC-49/S, -20...+60°C
WTL9S85520FO
Резонатор кварцевый 10000кГц 20ppm, 20пФ, корпусHC-49/S, -20...+60°C
WTL2X85414FO
Резонатор кварцевый 32.768кГц 30ppm, Cшунт = 1.3пФ, Cнагр = 12.5пФ
WTL3M85407FO
Резонатор кварцевый 25.0МГц, 10PPM при 25°C, 20PPM при -40°С+85°C, 60Ом, 8пФ
