전자 회로에서 기계 발진기의 보급이 필요한 이유는 무엇입니까?


16

현대 전자 제품의 클럭 소스는 쿼츠와 MEMS 발진기에서 끊임없이 나오는 것처럼 보이며, 둘 다 기계적으로 진동을 발생시킵니다. 진동의 진폭과 주파수는 악기에서 관찰되는 일상적인 기계적 진동과는 다른 차수입니다. 그럼에도 불구하고, 용량 성 또는 유도 성 요소를 사용하는 것과 같이 전자기 영역에서 클럭 소스를 직접 얻지 못한다는 것은 놀라운 일입니다.

특히 인덕터가 기생 손실없이 제조하기 어렵다는 것을 알고 있습니다. 그러나 기계식 발진기도 비 이상적 일 것으로 예상됩니다.

전기의 전파 지연을 사용할 수는 있지만 느린 주파수에서 작동하는 작은 발진기를 만드는 것은 어렵습니다.

전기 진동 구성 요소를 만드는 것보다 미세한 진동 장치를 더 이상적으로 만들 수있는 것이 사실입니까?


4
쿼츠 크리스털은 1920 년대 라디오의 새롭고 더 나은 주파수 제어였습니다. 나는 1928 년부터 아마추어 라디오 잡지를 가지고 있는데, 그들은 이미 확립 된 기술입니다 (오늘날보다 훨씬 큽니다). 한동안 그들은 최고의 주파수 제어 표준이었으며 1940 년대 또는 1950 년대 원자 시계에 의해서만 추월되었습니다. 따라서 귀하의 질문에 대한 실질적인 답변은 그들이 더 좋고 저렴하게 작동하고 더 비싸지 않고 더 잘 할 수 없었기 때문입니다.
— TimWescott

그 메모 주셔서 감사합니다. 실용성을 제쳐두고, 당신을 놀라게 하는가? 누군가 회로의 전압 기준이 일정한 속도 기준에 연결된 발전기에서 나온다고 말한 경우. (또는 석영 결정에 의해 생성 된 전류 또는 전압의 진폭에서 더 낫습니다), 나는 조금 재미 있다고 생각합니다. 크리스털 발진기가 한동안 기계적으로 작동한다는 것을 알고 있었지만 오늘날 실제로 실제로는 좋지 않다는 사실에 놀랐습니다. 전기 영역은 신호 처리, 에너지 전송, 통신 등에서 승리하는 것 같습니다.
— 거스

3
내가 당장 이해하지 못하는 모든 것에 놀랐다면, 아침에 태양이 뜨고 중력이 작동한다는 놀라운 놀라움으로 침대에서 나올 수 없었을 것입니다. 나는 그것이 놀라운 일이라고 생각하지만, 정말로 좋은 이유를 찾기 위해서는 매우 깊은 연구가 필요합니다. 나는 glib를 불신하는 경향이있다. 나는 이것에 대한 좋은 100 % 진실하고 짧은 설명이 실제로 있는지 확실하지 않습니다.
— TimWescott

7
석영은 단순히 놀랍습니다 . 압전 효과가 매우 큽니다 (기계적 / 전기적 속성 간의 연결). 고유의 온도 계수는 매우 작습니다. 크리스탈 평면을 회전 시키면 남아있는 온도 효과를 줄일 수 있습니다. 연삭 / 랩핑은 매우 정밀하게 수행 될 수 있습니다. 때때로, 우주는 단지 당신에게 그런 선물을줍니다.
— glen_geek

1950 년대 중반 초보 아마추어 무선 통신 사업자 인 FCC는 쿼츠 크리스탈을 사용해야했습니다. 다행히도 6.5MHz 정도의 저렴한 결정체를 발견하여 약 7.15MHz로 다시 연마 할 수있었습니다.
— richard1941

답변:


19

기계적 장치는 전기 장치보다 훨씬 안정적이기 때문입니다. 수정 발진기와 LC 발진기를 비교해 봅시다 :

결정:

  • Wikipedia 에 따르면 수정 발진기는 일반적으로 10,000-1,000,000의 Q를가집니다.
  • 온도에 안정적입니다. 많은 크리스털이 온도 범위에서 <50ppm으로 지정되며 온도에 따라 ~ 1ppm까지 온도 보상 또는 제어 크리스털도 사용 가능
  • 엄격한 공차로 제조되었습니다. 저렴한 크리스털은 일반적으로 ~ 25ppm으로 지정되지만 더 엄격한 공차를 사용할 수 있습니다

LC 또는 RC :

  • 통합 장치로 제공되지 않으므로 선반 구성 요소에서 조립해야합니다 (mcu 또는 유사한 장치에 통합되지 않은 경우).
  • Q가 낮 으면 Q가 수백보다 높은 인덕터를 만들기가 어렵습니다.
  • 온도에 민감한-온도를 안정하게 만드는 인덕터를 만드는 것은 어렵다
  • 전압 감지-피드백 회로의 임계 전압 및 충전 전압은 일반적으로 전압에 따라 다릅니다.

    그러나 이것이 전기 발진기가 절대 사용되지 않는다는 의미는 아니며, 정밀성이 요구되는 곳에서는 사용되지 않습니다. 그러나 수정 발진기에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.

  • 다른 IC에 쉽게 통합 될 수 있습니다. 많은 마이크로 컨트롤러에 통합 발진기가 제공됩니다.

  • 그들은 (때로는) 더 적은 전력을 사용합니다. 종종 마이크로 컨트롤러는 고속 (MHz) 크리스털보다 적은 전력을 사용하고 때로는 저속 (32.768kHz) 크리스털보다 적은 전력을 사용하는 워치 독 타이머를 실행하기 위해 저전력 발진기를 포함합니다.
  • IC에 통합 할 수 있기 때문에 결정이 너무 큰 곳에서 사용할 수 있습니다.
  • 상당히 쉽게 조정할 수 있습니다. 수정은 교정 된 주파수에서 몇 kHz로만 이동할 수 있지만 LC 회로의 커패시턴스 (바 랙터 다이오드와 같은)를 조정하여 주파수를 상당히 넓은 범위에서 조정할 수 있습니다. 이것은 LC 발진기가 PLL 또는 VCO와 같은 회로에서 사용될 수 있으며, 심지어 크리스탈 기준에 고정 될 수 있음을 의미합니다.

비 기계식 발진기는 정확한 타이밍이 필요한 장치가 아닌 많은 장치에서 사용됩니다.


2
오실레이터의 잡음 감도는 Q에 반비례합니다. RC 회로가 LC 회로보다 나빠지는 이유 중 하나입니다 .LC 회로의 Q가 100 이상이고 RC 회로의 Q가 적습니다. 항상 하나보다.
— TimWescott

2
높은 Q는 또한 시스템의 안정성과 관련이 있습니다. 높은 Q 발진기 (AN ADC 클럭 또는 DAC 제어와 같은) 무선 회로 및 타이밍 민감한 물건 중요 낮은 Q 하나,보다 작은 위상 노이즈를 갖는
— C_Elegans

2
"저는 비슷한 비용으로 기계 발진기보다 정확한 전압 레퍼런스를 구축 할 수 있다고 생각합니다." 원자 시계가 편리한 경우에만. 그리고 약간의 액체 질소. 이 링크를 참조하십시오 .
— TimWescott

1
"댐핑 값과 질량 값에 대해 스프링을 선택할 수 있다고 생각했습니다."그렇습니다. 그러나 스프링 속도를 높이면 댐핑을 높이 지 않으면 Q가 증가합니다.
— TimWescott

2
10−10

4

실제로 인덕터와 커패시터를 기계 발진기보다 더 정확하게 만들 수 있는지 여부는 아닙니다. 이러한 구성 요소가 전압 / 온도 범위에서 안정적인 방식으로 작동 할 수 있는지 여부입니다. 전압 / 온도를 일정하게 유지하기 위해 밴드 갭 전압 레퍼런스, 온도계 및 가열 회로를 갖도록 모든 회로를 설계하지 않는 한, 인덕터와 커패시터가 크리스털만큼 안정적으로 작동 할 수는 없습니다. .

제조 과정에서 수정을 올바른 주파수로 조정하기 위해 올바른 크기가 될 때까지 수정을 할 수 있다고 가정합니다. 필요한만큼 정확하게 캡과 인덕터를 제조 할 수도 있습니다. 문제는 그것이 거기에 머 무르지 않는다는 것입니다.


클럭 소스가 전압 범위에서 안정적이어야합니까? 핸드폰과 같은 최신 전자 장치에는 정확한 전압 기준이 있습니다 (밴드 갭으로 인해). 온도에 대한 안정성이 더 합리적입니다. 오븐으로 제어되는 수정 발진기가 있으므로 온도에도 민감해야하지만 그 정도는 낮아야합니까?
— 거스

@Gus 전압 범위는 온도만큼 중요하지 않습니다. 정말 정확한 것을 위해서는 크리스탈을 온도 조절하는 것이 합리적입니다.
— horta

GSM 휴대폰은 주파수가 잘려서 패킷의 타이밍이 변동되지 않습니다. 이를 통해 항상 패킷 사이에 예상되는 램프 업 및 램프 다운 시간이 있으며 동시 패킷이 누락되거나 충돌하지 않습니다.
— analogsystemsrf
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책과 개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.