Rakon用石英晶体计时

Rakon用石英晶体计时

阿尔伯特·爱因斯坦说:“时间存在的唯一原因是为了不让所有事情同时发生。”一个可以 假设当他发表这个评论时，他不是在谈论同步的全球网络。

如果事件必须同步发生，时间比振荡器频率更重要。频率和 产生“定时”的石英晶体振荡器的精度并不重要，只要它们都知道确切的时间。 另一方面，如果产生定时的振荡器不能将其自身同步到参考定时 那么产生时间的振荡器频率的准确性现在是至关重要的。这 国际公认的时间标准是UTC(协调世界时),由 美国商务部下属的国家标准与技术研究所。

在电信基础设施中，所需定时精度的不同级别被定义为层次级别1至4。 最精确的，也是主要的参考源是Stratum 1，一个原子钟(通常是铯 光束或氢微波激射器),它终身保持其频率的精度小于1×10-11。下一个级别， 第2层保持其频率的准确度为每天< 1x10-10，第3层保持其频率 精确度小于3.7x10-7 每天。地层水平2通过精密OCXO(烘箱控制)实现晶体振荡器)使用SC切割晶体。地层等级3通过精确的TCXO(温度补偿晶体振荡器)。

那么这些稳定性和时间有什么关系呢？一年大约是365天x 24小时x 60分钟x 60秒= 31536000秒。如果维持时钟时间的振荡器具有1×10-6的精度 每年(1x10-6 是1 ppm[百万分之一])，那么时钟每年将增加(或减少)31.536秒。这使得原子 上例中的时钟精度在0.006秒以内，寿命长达20年，OCXO精度在0.00009秒以内 并且TCXO有源晶振达到每天0.032秒以内

然而，大多数提到计时时，指的是“一天中的时间”而不是数据同步 特别是手表或钟上显示的一天中的时间。第一个石英钟是由沃伦·马瑞森建造的 和J.W .霍顿于1927年在贝尔电话实验室。首款商用腕表采用 作为计时元件的石英晶体是由精工制造的35SQ Astron手表，于1999年10月15日推出 1969年的圣诞节(图2)，零售价约为1250美元(约为一辆小型汽车的价格)。这使用了一个 8.192kHz X切音叉晶体。

所有不同切割的石英晶体来自同一个培养的石英棒，但切割方式不同 与晶轴的角度(图3)。它们各自具有不同的机械和电气特性 根据最终应用量身定制。AT切割用在大多数晶体振荡器中，特别是 适合精密TCXOs，SC切割晶体主要用于OCXOs。

X切割音叉晶体(图4)用于“时间”计时应用(手表、家用 时钟等。)因为其固有的低振荡频率、非常低的工作功率要求和低 25o左右的温度系数 c(图5)。

特别地，X切割音叉晶体可以在32.768k振荡，当数字分频时 下降215，产生1秒方波，非常适合计时。这个相同的1秒方波可以 2012年拉肯。保留所有权利。Geoff Trudgen，Rakon英国有限公司，通过将16.777216MHz的AT切割晶体振荡器除以224来产生 由于更高的频率和额外的分频器，功耗可能是X切割的100倍以上 音叉晶体选项(不适合电池供电的应用)。

由于计时涉及计数和分频，通常选择门控Pierce振荡器(如中所述 文章“IC晶体振荡器电路”)但是具有非常低的晶体驱动功率的附加限制 和(通常)用于电池应用的低Vdd电压。

典型的32.768kHz X切割音叉晶体将具有30k到60k的ESR(等效串联电阻)， 要求负载电容为6pF至15pF(典型值为12.5pF)，第一年老化小于3ppm，但 更重要的是，具有1 W的最大晶体驱动电平。图6中的电路使用未缓冲的 逆变器在以下电路值下将提供可接受的性能。C1=10pF，C2=22pF，Rlim = 330k， Rf = 22M。Rextra可用于限制无缓冲逆变器在开关过程中消耗的电流 Vdd=2V时的47k值应将功耗限制在5 A左右。