De tijdvereisten in moderne meettoepassingen zijn de laatste jaren veel strenger geworden. In moderne meettoepassingen is vaak een tijdverschuiving van 1 uur na 7 jaar vereist. Het moet ook mogelijk zijn om deze waarde te handhaven over het bedrijfstemperatuurbereik van de toepassing. 1 uur max. na 7 jaar komt overeen met een frequentietolerantie van ±16 ppm absoluut bij 32.768 kHz. Aan deze specificaties kan niet meer worden voldaan met normale 32,768 kHz oscillerende kristallen.
Enerzijds omdat een 32,768 kHz alleen verkrijgbaar is met een frequentietolerantie bij +25°C van ±10 ppm, anderzijds omdat de temperatuurstabiliteit een goede -180 ppm is over het temperatuurbereik van -40/+85°C. De veroudering van ongeveer ±30 ppm na 10 jaar mag niet worden vergeten in de nauwkeurigheidsberekening. In het slechtste geval heeft een 32,768 kHz kristal een maximale frequentiestabiliteit van +40/-220ppm (inclusief afstelling bij +25°C, temperatuurstabiliteit en veroudering na 10 jaar). Een systematische frequentie-offset veroorzaakt door de interne capaciteiten van de oscillatortrap van het IC dat geklokt moet worden en zwerfcapaciteiten moet gecompenseerd worden door externe circuitcapaciteiten. Als een layout zonder externe circuitcapaciteiten wordt gekozen voor het 32,768 kHz kristal, is dit erg gevaarlijk omdat de nauwkeurigheid van het 32,768 kHz kristal niet kan worden gecorrigeerd of aangepast aan plotseling veranderende PCB-verhoudingen tijdens serieproductie. De snijhoek voor het 32,768 kHz kristal is eigenlijk ontwikkeld voor optimale nauwkeurigheid in een polshorloge en niet voor de meeste toepassingen waarin het vandaag de dag wordt gebruikt.
[caption id="attachment_62" align="alignleft" width="300"] Figuur 1: Temperatuurgedrag van een commercieel verkrijgbare 32,768 kHz kwarts[/caption]
Als klokspecialist bieden we de ultra low power 32,768 kHz oscillator uit de ULPPO-serie om te voldoen aan de meest nauwkeurige tijdspecificaties. Deze oscillator kan worden gebruikt met elke spanning in een VDD-bereik van 1,5 - 3,63 VDC. Het stroomverbruik is gespecificeerd op 0,99 µA. De temperatuurstabiliteit van de ULPPO is ±5ppm over het temperatuurbereik van -40/+85°C. De frequentiestabiliteit (leveringsnauwkeurigheid plus temperatuurstabiliteit) is ±10ppm en de veroudering na 20 jaar is ±2ppm. Dit betekent dat de maximale totale stabiliteit van de ULPPO ±12 ppm is, inclusief veroudering na 10 jaar. Dit zijn de beste parameters in de industrie.
Er is geen externe circuitcapaciteit nodig voor de bedrading van de ultrakleine behuizing (oppervlak behuizing 1,2 mm2). De ingangstrap van het IC in de ULPPO filtert zelf de voedingsspanning. Vergeleken met een kwartskristal bespaart het gebruik van de ULPPO enorm veel ruimte op de printplaat, zodat de pakkingsdichtheid kan worden verhoogd en kleinere printplaten kunnen worden ontwikkeld. Het stroomverbruik van de ULPPO kan ook worden verlaagd door de amplitude aan te passen.
Bij het berekenen van de ruimte op de printplaat voor een kristal moet ook rekening worden gehouden met de twee externe circuitcapaciteiten. Zelfs het kleinste 32,768 kHz kristal heeft met de twee externe circuitcapaciteiten altijd meer ruimte op de printplaat nodig dan de ULPPO.
Bovendien hebben zeer kleine 32,768 kHz kristallen zeer hoge weerstanden, die vaak niet meer veilig kunnen worden aangestuurd door de te klokken oscillatorstappen, omdat de oscillatorstappen van de te klokken IC's of RTC'sook zeer grote toleranties hebben. Dit kan leiden tot plotselinge oscillatieproblemen in het veld, die met de ULPPO kunnen worden vermeden, zodat een veilige werking van de toepassing met de ULPPO onder alle omstandigheden mogelijk is.
Een oscillatortrap heeft veel energie nodig om een 32,768 kHz kristal oscillerend te houden. Normaal gesproken kan de ingangstrap van een MCU rechtstreeks worden aangesloten op het LVCMOS-signaal van de ULPPO (meestal Xin). De ingangstrap van de MCU kan zo worden uitgeschakeld (bypassfunctie) zodat de bespaarde energie kan worden gebruikt in de berekening van het systeemverbruik van de meter. Bovendien kunnen meerdere IC's tegelijkertijd worden geklokt met één ULPPO. Door de zeer hoge nauwkeurigheid van de ULPPO hoeven er minder tijdsynchronisaties te worden uitgevoerd, wat ook systeemstroom bespaart.
Uiteraard kan de ULPPO worden gebruikt in alle toepassingen die een geminiaturiseerde ultra low power 32,768 kHz oscillator vereisen, zoals smartphones, tablets, GPS, fitnesshorloges, gezondheids- en wellness-toepassingen, draadloze toetsenborden, tijdmeting, timingtoepassingen, wearables, IoT, domotica, enz. Door de hoge nauwkeurigheid van de 32,768 kHz oscillator kan de stand-by tijd of zelfs de hybernation tijd aanzienlijk worden verlengd in hypernation technologietoepassingen, zodat veel systeemvermogen kan worden bespaard door de aanzienlijk lagere batterij-intensieve synchronisatiecycli, waardoor de 32,768 kHz oscillator de betere keuze is dan een 32,768 kHz kwartskristal. Er zijn diverse precisieversies van de ultra low power 32,768 kHz oscillatoren - zie ook de ULPO-RB1 en -RB2 series.
Onze zeer ervaren specialisten kunnen u voorzien van uitgebreide ontwerpdiensten om u te helpen deze zeer innovatieve component snel en nauwkeurig te ontwerpen.
Meer informatie is beschikbaar op:
Ultra Laag Vermogen 32,768 kHz Oscillatoren
of
SMD silicium oscillatoren ULPO-RB1 & ULPO-RB2
Technische vragen:
Telefoon: 0 81 91 / 30 53 95
E-mail: info(at)petermann-technik.de
