|
Современные кварцевые генераторы компании Rakon
В последнее время получили бурное развитие такие сферы электронной техники как беспроводные коммуникации и системы навигации. Делаются смелые прогнозы о том, что через пару-тройку лет каждое второе мобильное устройство будь то КПК, смартфон либо мобильный телефон будут оснащаться высокоскоростными беспроводными интерфейсами и средствами обеспечивающими получение точных координат самого устройства . Подобный рывок должен быть подкреплён наличием соответствующих технических решений : элементной базы, приемлемыми техническими характеристиками для создания таких устройств как на уровне самих мобильных терминалов так и на уровне сетевой инфраструктуры – базовых станций, устройств магистральной передачи данных.
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 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, работающим 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 соспутниковой группировки системы позиционирования проходит со скоростью, приближенной к скорости света, а диаметр орбиты спутников составляет «всего ллишь» несколько десятков тысяч километров, то становится очевидно, что совсем небольшое отклонение в частоте генерации фатальным образом скажется на работе системы спутниковой навигации.
Рис. 1. Спутник системы «ГЛОНАСС»
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-разработчиков прецизионных кварцевых генераторов. В 1997 году ей 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).
Рис. 2. Основные серии кварцевых генераторов
Линейка продукции компании Rakon состоит из нескольких десятков серий кварцевых генераторов, наиболее яркие представители которых перечислены в таблице 1. Для компенсации дрейфа частоты генераторов производителем используются следующие технологии:
- 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.
- В том случае, если термокомпенсированные генераторы не полностью удовлетворяют требованиям к точности, можно использовать генераторы, управляемые напряжением (VCXO). 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 обычно 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.
Таблица 1. Основные семейства термостатированных генераторов
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 — такие приборы имеют типовую точность не хуже чем 2,5 млн–1 и долговременную стабильность («старение кристалла», вызванное снятием остаточных механических напряжений) не хуже 1 млн–1, а диапазон же подстройки с помощью внешнего напряжения может составлять 50 млн–1, что с большим «запасом» позволяет перекрывать возможные отклонения частоты — в зависимости температуры, изменения механических характеристик кристалла, либо изменений, связанных с питающим напряжением.
Таблица 2. Применение кварцевых генераторов мировыми производителями чипсетов для GPS
Если рассматривать такую область применения, как системы позиционирования, то Rakon выпускает целое семейство генераторов для работы с определенными чипсетами — наборами микросхем различных производителей, на базе которых могут быть построены GPS-приемники (табл. 2). Один из примеров применения — совместная работа СБИС Atmel ATR0630, которая является однокристальным GPS-приемником, и термостатированного кварцевого генератора IT5305BE (рис. 3) , который обеспечивает точную работу системы навигации.
Рис. 3. Использование генератора Rakon совместно с однокристальным GPS-приемником
Кроме того, генераторы Rakon IT5305 серии используют такие производители как Tyco Electronics (рис. 4), продукция которого применяется в гражданской технике и в аппаратуре военного назначения, требующей повышенной точности позиционирования.
Рис. 4. GPS-приемники Tyco
Таким образом, продукция Rakon позволяет решать широкий круг задач, включая решения для систем навигации и портативной техники.
Литература:
- www.amobile.ru/gps/gps.htm
- www.rakon.com/models/oscillator-search
- www.cmac.com/mt/databook
- www.bmgplus.ru/images/pdf/dgitter.pdf
А. Гусев
|
