Oscilatoare cu cristale programabile Epson

Introducerea oscilatoarelor cu cristal programabile de la Epson în 1997 a anuntat o nouă eră în tehnologia oscilatoarelor cu cristal. În loc să producă o gamă uriașă de produse cu frecvențe de operare diferite, tensiuni de alimentare și intervale de temperatură de funcționare diferite, a devenit posibil să se utilizeze doar câteva generatoare standard complete funcțional și să se furnizeze numeroasele lor variații în ceea ce privește parametrii electrici de bază deja programat la produs. etapa de livrare sau chiar direct la client.

Mulți ani de experiență în furnizarea de oscilatoare cu cuarț programabile au arătat că distribuția lor largă este în mare măsură împiedicată de lipsa aproape completă de informații despre aceste produse. Până acum, majoritatea dezvoltatorilor de tehnologie electronică sunt surprinși să perceapă chiar și expresia „oscilatoare cu cuarț programabile” și nu au absolut nicio idee atât despre capacitățile, cât și despre dezavantajele acestor produse.

Orez. 1. Schema bloc a unui oscilator cu cristal programabil

Ce sunt oscilatoarele cu cristal programabile? Și cum pot fi combinate aceste două concepte aparent incompatibile - „oscilator de cuarț” și „programabil”?

Este suficient doar să distrageți atenția de la cuvântul „generator” pentru un timp. De fapt, aceste produse sunt un sintetizator de frecvență cu stabilizare cu cuarț. Iar denumirea de „generator” a fost dată produselor pentru a sublinia locul lor pe piața componentelor electronice. În cele mai multe cazuri, oscilatorul cu cristal de frecvență fixă standard poate fi înlocuit liber cu un echivalent programabil. Prin urmare, în cele ce urmează, vom adera la terminologieoferit de Epson pentru această familie de produse.

O diagramă bloc a unui oscilator cu cristal programabil din familia SG-8002 este prezentată în fig. 1.

IC include un oscilator cu cristal de referință de 25 MHz, un divizor 1/Q, un detector de fază, un VCO, un divizor 1/P, un EEPROM programabil unic și etape de ieșire controlate. Detectorul de fază, VCO și divizorul 1/P formează o buclă blocată de fază. Detectorul de fază primește un semnal împărțit la un factor de Q de la oscilatorul cu cristal de referință și un semnal împărțit la un factor de P de la VCO. Detectorul de fază compară fazele celor două semnale și controlează VCO pentru a menține o diferență de fază constantă între semnalele sursă.

Astfel, frecvența de ieșire a VCO va fi fVCO = fREF*P/Q, iar stabilitatea sa este determinată doar de stabilitatea frecvenței oscilatorului cu cristal de referință. În acest caz, în funcție de raportul dintre coeficienții de divizare P și Q, frecvența de ieșire poate fi fie mai mare, fie mai mică decât frecvența oscilatorului de referință. Valoarea frecvenței de referință, împreună cu factorii de împărțire P și Q, determină grila de frecvențe de ieșire acceptabile ale generatorului. Cu o adâncime de biți adecvată a contoarelor, treapta acestei grile poate fi făcută suficient de mică. În plus, pentru a asigura generarea frecvenței de ieșire cu cea mai mare precizie posibilă, se efectuează o ajustare suplimentară a oscilatorului de referință prin conectarea unuia sau mai multor condensatori care fac parte din microcircuit la acesta.

Înainte de a ajunge în final la ieșirea generatorului, semnalul VCO trece printr-un divizor de frecvență cu 2 pentru a asigura simetria semnalului de ieșire, precum și prin circuite programabile de schimbare a nivelului pentru a asigura funcționareagenerator cu încărcare TTL sau CMOS.

Toate microcircuitele din seria SG-8002 au doar patru ieșiri, care sunt folosite și pentru programarea generatoarelor. Programarea se realizează conform tehnologiei dezvoltate de Epson cu ajutorul unui programator special și sub controlul unui program instalat pe un computer compatibil IBM.

După introducerea datelor inițiale privind frecvența de generare necesară, stabilitatea acesteia, intervalul de temperaturi de funcționare și configurația etajului de ieșire, datele introduse sunt verificate pentru compatibilitatea cu capacitățile unui anumit tip de oscilator cu cuarț. În cazul verificării cu succes, se emite o invitație de înregistrare. După instalarea generatorului în priza programatorului, puteți începe programarea. Întregul ciclu de înregistrare se realizează automat și constă din mai multe etape.

În prima etapă, o tensiune negativă este aplicată pinului 1 (intrare de control al etapei de ieșire), care pune microcircuitul în modul de programare.

Următorul pas este controlul frecvenței de ieșire. Pentru un oscilator neprogramat, frecvența de ieșire trebuie să fie egală cu frecvența oscilatorului de referință. Dacă frecvența de ieșire se abate semnificativ de la valoarea standard, programarea ulterioară este încheiată și este afișat un mesaj de eroare. Dacă valoarea frecvenței măsurate nu depășește limitele admise, atunci, pe baza rezultatului măsurării și a valorii cerute a frecvenței de generare, programul decide necesitatea corectării frecvenței de referință pentru a obține acuratețea maximă. Ajustarea frecvenței oscilatorului de referință cu cristal este posibilă prin prezența unui set încorporat de condensatori. În timpul programării, condensatorii necesari sunt conectați sau deconectați.

Tabelul 1. Principalparametrii electrici ai generatoarelor din familia SG-8002

În continuare, sunt programați coeficienții de divizare a celor două divizoare de frecvență și circuitul de schimbare a nivelului în treapta de ieșire. Apoi pinul OUT al microcircuitului, care până acum a servit ca intrare, este programat doar ca ieșire. Astfel, orice posibilitate de reprogramare accidentală a generatorului în timpul funcționării ulterioare a acestuia este blocată.

După finalizarea programării, principalii parametri ai generatorului sunt verificați și afișați pe ecran: frecvența de ieșire măsurată la temperatura camerei, consumul de curent în modul de funcționare și modul de repaus, nivelurile tensiunii de ieșire. Dacă microcircuitul îndeplinește cerințele clientului în funcție de acești parametri, atunci programarea sa se încheie.

Generatoarele din familia SG-8002 sunt disponibile în cinci versiuni - trei pentru montare la suprafață (SG-8002JA/JC/JF) și două pentru montare prin orificiu traversant (SG-8002DB/DC). Tipurile de pachete și pinouts respectă pe deplin generatoarele standard utilizate pe scară largă din seriile SG-51, SG-531, SG-615, SG-636 și SG-710. Toate sunt produse după o singură tehnologie și practic nu diferă în parametrii lor electrici. Se realizează astfel gradul maxim de interschimbabilitate a generatoarelor în echipamentele existente și nou dezvoltate.

Tabel 2. Configurații de programare a etapei de ieșire

Tabelul 1 prezintă principalii parametri electrici ai generatoarelor din familia SG-8002. Aceste generatoare diferă doar în parametrii de programare. Există 6 opțiuni de programare pentru treapta de ieșire: PT/ST pentru funcționarea în circuite de 5V cu o sarcină TTL, PH/SH pentru circuite de 5V cu o sarcină CMOS și PC/SC pentru circuite CMOS de 3,0-3,3V.

În plus, în PT, PH șiPinul PC 1 al chipului OE (Output Enable) este programat pentru a controla stadiul de ieșire al chipului, iar în variantele ST, SH și SC, pinul 1 ST (STtandby) este folosit pentru a pune cipul în modul de repaus. Diferența dintre aceste două moduri este că, în modul OE, atunci când se aplică un nivel logic scăzut la intrarea 1, ieșirea microcircuitului este transferată într-o stare de impedanță ridicată, în timp ce circuitele rămase ale microcircuitului continuă să funcționeze pe deplin. În modul ST, când se aplică un nivel logic scăzut la intrarea 1, funcționarea microcircuitului este complet oprită, iar ieșirea este conectată la un fir comun printr-un rezistor de înaltă rezistență. În acest mod de repaus, curentul consumat de microcircuit de la sursa de alimentare scade cu aproximativ trei ordine de mărime și nu depășește 50 μA. Prețul pentru aceasta este ieșirea lungă a microcircuitului în modul de funcționare după aplicarea unui nivel logic ridicat pinului ST. Acest timp va fi de aproximativ 10 ms și va fi exact același ca atunci când tensiunea de alimentare este aplicată microcircuitului. Dacă nu intenționați să utilizați niciuna dintre opțiunile de oprire a generatorului, atunci pinul 1 poate fi conectat la terminalul pozitiv al sursei de alimentare sau lăsat neconectat. Microcircuitul include deja un rezistor cu o valoare nominală de aproximativ 30 kOhm, conectat între pinii 1 (OE / ST) și 4 (VDD). În acest caz, când se aplică un nivel scăzut la intrarea 1, valoarea acestui rezistor crește de aproximativ 10 ori pentru a reduce curentul care curge la intrare.

Toate configurațiile posibile de programare a etapei de ieșire sunt listate în Tabelul 2.

Câteva cuvinte despre programarea frecvenței de funcționare a generatorului. Deoarece tehnologia de producere a oscilatoarelor din familia SG-8002 este o tehnologie proprie Epson, informații despre capacitatea divizorului de frecvență, domeniul de reglare al cuarțului de referințăgeneratorul și algoritmul de programare detaliat nu au fost niciodată publicate în surse deschise. Prin urmare, este aproape imposibil să se precalculeze grila de frecvențe de programare permise. Mai mult, în cadrul aceluiași tip de generator, acestea sunt actualizate periodic, având ca scop creșterea preciziei admisibile.

Tabel 3. Opțiuni de programare pentru generatoarele din familia HG-8002DC/JA

Drept urmare, grila de frecvențe de programare permise are un pas de la 2 Hz la 100 Hz. Prin urmare, dacă sunteți mulțumit de stabilitatea de frecvență admisă de ± 100ґ10-6 în intervalul de temperatură de funcționare de -20. +70 °C, aproape orice frecvență de operare poate fi programată în aceste limite de precizie.

Dacă aveți nevoie de stabilitate de ±50ґ10-6 sau de funcționare a generatorului în intervalul de temperatură de funcționare de -40. +85 °С, este de dorit să aflați mai întâi posibilitatea de a vă programa frecvența specifică. Pentru a face acest lucru, ne puteți trimite o aplicație sau puteți verifica singur această posibilitate pe site-ul web Epson ( www.epson.co.jp/device/crystal/sg8000 ).

Principalele avantaje și dezavantaje ale oscilatoarelor cu cristal programabile

Principalul avantaj al oscilatoarelor cu cristal programabile din familia SG-8002 este ca pot fi programate in etapa finala de livrare sau, in cazul consumului mare, direct de catre client. Prin urmare, în loc de o gamă largă de produse și indiferent de cerințele clientului, producătorul asigură producția a doar cinci generatoare „curate” neprogramate în diverse opțiuni de carcasă. Generatoarele pot fi acumulate în cantități suficiente în depozitele furnizorilor sau ale clientului însuși și programate pentru cerințe specifice, după cum este necesar. Acestreduce semnificativ timpul de livrare al opțiunilor de generatoare necesare și vă permite să rezolvați rapid problemele asociate cu modificarea parametrilor generatoarelor în timpul proiectului. În plus, utilizarea unei frecvențe de funcționare care nu se încadrează în grila de frecvență standard a generatoarelor de la alți producători nu reprezintă o problemă.

În același timp, însuși principiul de funcționare al unui generator programabil impune o serie de restricții asupra posibilelor zone de aplicare a acestuia. Un oscilator cu bucle interioare blocate în fază trebuie utilizat cu precauție extremă în circuitele care conțin circuite PLL externe. Un nivel crescut de zgomot de fază a oscilatorului poate duce la o defecțiune a circuitelor PLL. Aceleași probleme pot apărea atunci când se utilizează un oscilator programabil ca referință în circuitele analizorului de spectru.

Dar, în ciuda acestui fapt, în marea majoritate a aplicațiilor, oscilatoarele cu cristal programabile pot fi folosite fără probleme în locul oscilatoarelor standard cu frecvență fixă.

Oscilatoare cu cristal programabile de precizie

O nouă familie HG-8002 a apărut pe piața generatoarelor programabile, care a fost lansată pe baza soluțiilor tehnologice și de circuite utilizate anterior în dezvoltarea familiei SG-8002 și, prin urmare, are aceiași parametri electrici. Singura diferență dintre generatoare este că în prezent sunt produse doar în două tipuri de cazuri (DC și JA) și pot fi programate cu trei gradații în ceea ce privește stabilitatea frecvenței AV: ±20´10-6, -20. +70 °C; BV: ±25´ 10-6, -20. +70 °C; CX: ±30´10-6, -40. +85°C. Stabilitatea pe termen lung a frecvenței pentru toate generatoarele din familia HG-8002 nu depășește ±2ґ10-6/an. Gama completă de generatoare din familia HG-8002 este prezentată în tabelul 3.

Perspective suplimentare pentru dezvoltarea oscilatoarelor cu cristal programabile