CC BY
94Современные кварцевые генераторы компании Rakon
Андрей ГУСЕВ
tantrix@bk.ru
Одно из ключевых значений в современных цифровых и телекоммуникационных системах имеют частотозадающие компоненты — кварцевые генераторы и резонаторы. Важное значение имеет как стабильность генерации, так и уровень шумов генератора. Всевозможные системы автоматической регуляции и стабилизации вызвали бурное развитие управляемых генераторов.
Современная электроника чрезвычайно широко использует частотозадающие компоненты: это и любое микропроцессорное устройство, где кварцевый резонатор нередко встречается в количестве нескольких штук на плате, и системы коммуникации, где кварцевые генераторы и резонаторы играют важнейшее значение в обеспечении надежности и стабильности сеанса связи, а также системы поиска и навигации, от стабильности работы которых зависит точность позиционирования объектов.
Для каждого из подобных применений можно выделить некие ключевые параметры, наиболее важные для сферы применения компонента. Для микропроцессорной техники важны минимальные габариты и широкий ассортимент частот генерации в сочетании с невысокой стоимостью. Для техники связи требования существенно жестче: во-первых, гораздо более важной становится стабильность частоты при изменениях температуры, либо иных параметров, таких как возраст кристалла и пульсации питающего напряжения, поэтому в ней часто используются термокомпенсированные генераторы, либо генераторы, управляемые напряжением. Если речь идет о цифровых системах связи, то достаточно актуальной характеристикой является такой параметр, как кратковременная нестабильность.
Но наиболее «суровые» требования предъявляются к кварцевым генераторам, рабо-
В последнее время бурно развиваются такие сферы электронной техники, как беспроводные коммуникации и системы навигации. Аналитики дают смелые прогнозы о том, что через два—три года каждое второе мобильное устройство — КПК, смартфон либо мобильный телефон — будет оснащено высокоскоростными беспроводными интерфейсами и средствами, обеспечивающими получение точных координат самого устройства. Такой прогресс должен быть подкреплен наличием соответствующих решений — элементной базы с приемлемыми техническими характеристиками для создания как собственно пользовательских устройств, так и сетевой инфраструктуры — базовых станций, устройств магистральной передачи данных.
тающим в системах спутниковой навигации, таких как американская GPS, отечественная ГЛОНАСС (рис. 1), либо развивающаяся европейская система Galileo. Если несколько отклониться от темы и рассмотреть работу спутниковой навигационной системы, то ключевым моментом в ее работе является принцип измерения расстояния от спутника до объекта и вычисления координат самого объекта путем измерения времени прохождения сигнала с нескольких спутников и сопоставления полученных значений. Для решения этой задачи используется кварцевый генератор с очень высокой стабильностью генерации. Для получения данных о координатах контроллер навигатора сравнивает временные интервалы между импульсами собственного генератора и импульсами, полученными со спутников. Поскольку опорный несущий сигнал со спутниковой группировки системы позиционирования проходит со скоростью, приближенной к скорости света, а диаметр орбиты спутников составляет «всего лишь» несколько десятков тысяч километров, то становится очевидно, что совсем небольшое отклонение в частоте генерации фатальным образом скажется на работе системы спутниковой навигации.
Таким образом, требования, предъявляемые к параметрам резонирующих компонентов, достаточно строги, и соответствие этим требованиям позволяет создавать передовые устройства. Лишь небольшое количество производителей способно выпускать кварцевую продукцию подобного уровня, и одним из таких производителей является новозеландская компания Rakon. Эта компания выпускает довольно широкий спектр генераторов и резонаторов: сильно развита линейка генераторов широкого применения, именуемая производителем как «микропроцессорные генераторы», и резонаторы, используемые в технике связи (в терминологии производителя Communication Crystal).
Сама компания Rakon была основана в 1967 году и на данный момент является одной из ведущих мировых компаний-разработ-чиков прецизионных кварцевых генераторов. В 1997 году ею был получен сертификат ISO 9001. Наиболее интересными продуктами компании Rakon являются малогабаритные термостатированные управляемые кварцевые генераторы (VCTCXO). Они используются в портативной технике: коммуникационной аппаратуре, дозиметрах, устройствах спутниковой навигации. Особенность такой аппаратуры — питание от аккумуляторов, что предъявляет определенные требования по экономичности и способности работать от низкого напряжения. Генераторы Rakon работоспособны в диапазоне напряжений 2,7-5,5 В и при потребляемом токе в 5 мА (аналогичный параметр у кварцевого генератора ГК75-ТС производства петербургского завода «Морион» составляет не менее 25 мА). Таким образом, генераторы Rakon можно использовать практически во всех классах портативной техники (рис. 2).
Линейка продукции компании Rakon состоит из нескольких десятков серий кварце-
V
LNA
{optional}
NC
SAW NC
[=
[=
NC
NC
NC
NC
NC
NC
NC
see Table 3—15
see Table 3—15
see Table 3—15
see Table 3—15
see Table 3-15
see Table 3—15
[=
NC
NC
GND analog
GND digital -GND analog -
+3V
(see Power Supply)
г
+3V
(see Power Supply)
JL
SIGHI SIGLO CLK23 RF NRF RF_ON PURF NSLEEP PUXTO NRESET TMS TCK TDI
NTRST TDO DBG_EN
PO-2 P9
P12-17 P19 P23-27 P29-30
P30/AGCOUTO
SDI
MO
TEST
EGO
GNDD
GNDA
NSHDN
LDO_EN
LDO_OUT
VDD18
VDIG
LDOJN
LDOBATJN
VBAT18
VBAT
XT_IN
XT_OUT
ХТО
NXTO
X
NX
USB_DM USB DP
P31
P18
P22
P21
VCC1
VCC2
VBP
dH
^ (see RTC) I |_|
23.104 MHZ (see GPS crystal)
IT5305BE
- STATUS LED
- TIMEPULSE
Optional I USB |
J Optional [ I USART1 I
J Optional [ I USART1 I
+3V
f (see Power Supply)
+3V
I (see Power Supply)
Э-
+3V
(see Power Supply)
Рис. 3. Использование генератора Rakon совместно с однокристальным GPS-приемником
Рис. 2. Основные серии кварцевых генераторов
вых генераторов, некоторые представители которых перечислены в таблице 1. Для компенсации дрейфа частоты генераторов производителем используются следующие технологии:
1. Так называемые термокомпенсированные кварцевые генераторы, которые содержат высокочувствительный датчик температуры. Показания датчика обрабатываются специальной микросхемой (ноу-хау производителя), которая выдает сигнал, компенсирующий изменение частоты при изменении температуры генератора. Недостаток этой технологии в том, что компенсация производится на основе зависимости, которая рассчитана теоретически и имеет определенный уровень погрешности.
2. В том случае, если термокомпенсированные генераторы не полностью удовлетворяют требованиям к точности, можно использовать генераторы, управляемые напряжением (УСХО). Эти генераторы имеют специальный вход, на который подается напряжение подстройки. Вопреки распространенному заблуждению, диапазон подстройки VCXO не составляет десятки мегагерц (для этого есть другие компоненты,
такие как синтезаторы частоты, описание которых достойно отдельной публикации). Величина диапазона составляет, как правило, десятки или сотни млн-1 для напряжения подстройки 0,5-5 В. На вход подстройки обычно подается напряжение с детектора ошибки, либо с иного управляющего узла. В реальных генераторах, выпускаемых Rakon, установлены и схема термокомпенсации, и схема подстройки частоты в зависимости от внешнего напряжения — такие генераторы получили название VCTCXO (Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator) — термокомпенсированные управляемые напряжением кварцевые генераторы. Эти приборы имеют типовую точ-
ность не хуже чем 2,5 млн-1 и долговременную стабильность («старение кристалла», вызванное снятием остаточных механических напряжений) не хуже 1 млн-1, а диапазон подстройки с помощью внешнего напряжения может составлять 50 млн-1, что с большим «запасом» позволяет перекрывать возможные отклонения частоты — в зависимости от температуры, изменения механических характеристик кристалла, либо изменений, связанных с питающим напряжением.
Если рассматривать такую область применения, как системы позиционирования, то Какой выпускает целое семейство генераторов для работы с определенными чипсетами — наборами микросхем различных
Таблица 1. Основные семейства термостатированных генераторов
Серия генераторов IVT5300 IVT7500 IVT100 IVT200B IVT200U TXO200U TXO500 TXO700 TXO600ASG TXO400 TXO4080AS TXO600C
Внешний вид корпуса 1 2 3 4 5 6 7 а 9 10 11 12
Выходной сигнал обрезанная синусоида обрезанная синусоида обрезанная синусоида обрезанная синусоида обрезанная синусоида обрезанная синусоида обрезанная синусоида обрезанная синусоида чистая синусоида + коаксиальный выход обрезанная синусоида обрезанная синусоида КМОП -выход
Диапазон частот, МГц 12-26 10-26 10-26 10-26 10-26 9-26 8-32 8-32 8-32 8-32 8,2-32
Напряжение питания, В 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5 2,7-5,5
і
Модель генератора IT5305BE IT3205BE IT5303BR IT7525BE IT5305BE IT7525BE IT7525BE IT200B IT3205BE
Внешний вид генератора 1 2 1 3 1 3 3 4 2
Производитель ATMEL, ublox Fujitsu Global locate MAXIM Nemerix SiRF XEMICS ZARLINK SEMICONDUCTOR u Nav
Частота, МГц 23,104 27,456 16,8 18,414 16,368 24,5535 12,504 10 26
Кроме того, генераторы Яакоп серии ІТ5305 используют такие производители, как Тусо ЕІесІгопісз (рис. 4), продукция которого применяется в гражданской технике и аппаратуре военного назначения, требующей повышенной точности позиционирования.
Таким образом, продукция Яакоп позволяет решать широкий круг задач, включая решения для систем навигации и портативной техники. ■
Литература
1. w ww.amoЫle.r u/gps/gps.h ^
2. ww w.rakon.c om/models/oscillator-search
3. ww w.cmac.c om/mt/databook
4. w ww.bmgplus.r u/images/pdf/dgitter.pdf
производителей, на базе которых могут быть построены GPS-приемники (табл. 2). Один из примеров применения — совместная работа СБИС Л1ше1 ЛТИОбЗО, которая является одно-
кристальным GPS-приемником, и термостатированного кварцевого генератора1Т5305ВЕ (рис. 3) , который обеспечивает точную работу системы навигации.
