ทำไมความล้ำหน้าของออสซิลเลเตอร์เชิงกลในวงจรอิเล็กทรอนิกส์

แหล่งที่มาของนาฬิกาในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยดูเหมือนจะมาอย่างสม่ำเสมอจากควอตซ์และออสซิลเลเตอร์ MEMS ซึ่งทั้งคู่สร้างการสั่นสะเทือนทางกลไก แอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นสะเทือนนั้นเป็นคำสั่งของขนาดที่แตกต่างจากการสั่นสะเทือนทางกลทุกวันที่ฉันสังเกตเห็นในเครื่องดนตรี อย่างไรก็ตามมันน่าแปลกใจสำหรับฉันที่เราไม่ได้รับแหล่งสัญญาณนาฬิกาในโดเมนแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรงพูดโดยใช้องค์ประกอบตัวเหนี่ยวนำหรืออุปนัย

ฉันรู้ว่าตัวเหนี่ยวนำโดยเฉพาะอย่างยิ่งยากที่จะผลิตโดยไม่สูญเสียกาฝาก แต่ฉันคาดหวังว่าออสซิลเลเตอร์เชิงกลจะไม่เหมาะเช่นกัน

คุณสามารถใช้ความล่าช้าในการแพร่กระจายของกระแสไฟฟ้า แต่ก็ยากที่จะทำออสซิลเลเตอร์ขนาดเล็กที่ทำงานที่ความถี่ต่ำ

เป็นความจริงหรือไม่ที่เราสามารถสร้างอุปกรณ์สั่นด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้ดีกว่าที่เราสามารถสร้างส่วนประกอบการสั่นด้วยไฟฟ้าได้?

เนื่องจากอุปกรณ์เครื่องจักรกลมีความเสถียรมากกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้า ลองเปรียบเทียบคริสตัล oscillator กับ LC oscillator:

Crystal:

• มีค่าคิวที่สูงมากจากวิกิพีเดียนักวิเคราะห์คริสตัลมีค่าคิวเฉลี่ยอยู่ที่ 10,000-1,000,000
• มีอุณหภูมิคงที่ คริสตัลจำนวนมากถูกระบุไว้ที่ <50ppm ในช่วงอุณหภูมิของพวกเขาและมีการชดเชยอุณหภูมิหรือผลึกควบคุมที่มีอยู่ถึง ~ 1ppm กับอุณหภูมิ
• ผลิตเพื่อความทนทานที่แน่นหนา มักจะระบุผลึกราคาถูกถึง ~ 25ppm แต่มีความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้น

LC หรือ RC:

• ไม่พร้อมใช้งานในฐานะอุปกรณ์รวมดังนั้นจึงต้องประกอบจากส่วนประกอบชั้นนอก (เว้นแต่จะรวมอยู่ใน mcu หรือคล้ายกัน)
• ต่ำ Q มันเป็นเรื่องยากที่จะทำให้ตัวเหนี่ยวนำที่มีคิวสูงกว่าไม่กี่ร้อย
• ไวต่ออุณหภูมิ - ทำให้ตัวเหนี่ยวนำที่มีความเสถียรของอุณหภูมินั้นยาก

• ความไวต่อแรงดันไฟฟ้า - แรงดันเกณฑ์และแรงดันชาร์จในวงจรป้อนกลับมักขึ้นอยู่กับแรงดัน

  อย่างไรก็ตามนั่นไม่ได้หมายความว่าไม่เคยใช้ออสซิลเลเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวเพราะไม่ได้ใช้ในที่ที่ต้องการความแม่นยำสูง พวกเขามีข้อดีมากกว่าคริสตัล oscillators:

• สามารถรวมเข้ากับ IC อื่นได้อย่างง่ายดาย ไมโครคอนโทรลเลอร์หลายตัวมาพร้อมกับออสซิลเลเตอร์ในตัว

• พวกเขา (บางครั้ง) ใช้พลังงานน้อยลง บ่อยครั้งที่ไมโครคอนโทรลเลอร์จะมีออสซิลเลเตอร์พลังงานต่ำเพื่อใช้งานตัวจับเวลาจ้องจับผิดซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่าคริสตัลความเร็วสูง (MHz) และบางครั้งใช้พลังงานน้อยกว่าคริสตัลความเร็วต่ำ (32.768kHz)
• เนื่องจากสามารถรวมเข้ากับ IC จึงสามารถใช้ในสถานที่ที่คริสตัลจะใหญ่เกินไป
• สามารถปรับได้ค่อนข้างง่าย คริสตัลสามารถปรับได้เพียงไม่กี่ kHz จากความถี่ที่ปรับเทียบ แต่โดยการปรับความจุของวงจร LC (เช่นเดียวกับไดโอด varactor) ความถี่สามารถปรับได้ในช่วงกว้างพอสมควร ซึ่งหมายความว่า LC oscillators สามารถใช้ในวงจรเช่น PLLs หรือ VCOs อาจเป็นไปได้ที่จะล็อคไว้กับการอ้างอิงคริสตัล

ออสซิลเลเตอร์ที่ไม่ใช้กลไกถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์จำนวนมากไม่ได้อยู่ในที่ที่ต้องการเวลาที่แม่นยำ

ไม่ใช่ว่าตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุสามารถสร้างได้แม่นยำกว่าออสซิลเลเตอร์เชิงกลหรือไม่ ไม่ว่าส่วนประกอบเหล่านั้นจะสามารถทำงานได้อย่างเสถียรในช่วงแรงดัน / อุณหภูมิ ถ้าคุณต้องการออกแบบวงจรทั้งหมดของคุณเพื่อให้มีการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าแบบช่องว่าง, เครื่องวัดอุณหภูมิและวงจรความร้อนเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้า / อุณหภูมิคงที่คุณจะไม่สามารถรับตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเพื่อทำงานได้ทุกหนทุกแห่ง .

ในการปรับจูนคริสตัลให้เป็นความถี่ที่ถูกต้องในระหว่างการผลิตฉันสมมติว่าพวกเขาสามารถขัดมันจนกว่ามันจะมีขนาดที่เหมาะสม คุณยังสามารถผลิตหมวกและตัวเหนี่ยวนำได้อย่างแม่นยำตามที่คุณต้องการ ปัญหาคือว่ามันจะไม่อยู่ที่นั่น