物聯網產業對應用的Quartz Crystal有哪些要求?
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年06月25
相信很多人都聽說過物聯網,而且它是科技圈里的大熱門,但大多數的人都不準確的知道,什么是物聯網呢?在百度上的定義是這樣的:即’萬物相連的互聯網’,是互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡,將各種信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡,實現在任何時間,任何地點,人,機,物的互聯互通.通俗的講就是豪華版,升級版的互聯網,能夠實現萬物互連,雖然現在還沒有被真正實現,但卻是未來的網絡方向,各個相關的行業也正在為物聯網時代而做準備.
每個人都有一個新的時髦詞——物聯網.物聯網代表物聯網,并建議屬于物聯網世界的每個設備或應用程序都可以相互通信.大多數物聯網網絡通信是無線通信,但是有幾個相互競爭的標準不一定相互兼容.以下是為物聯網無線通信提供解決方案的競爭無線標準和專用集成電路供應商的幾個例子.下面的列表還包括其他空中信息交換標準的標準和縮寫.
物聯網和其他無線標準列表(藍牙)：
BLE=藍牙低能耗(也稱為藍牙智能)
IEEE802.15.4=低速率無線網絡的IEEE標準
IEEE802.11b/g/n=無線局域網介質訪問控制和物理層(PHY)規范
LoRa=物聯網的長距離(低數據速率),射頻專有調制
SigFox=一家為物聯網提供無線服務、專有調制的公司
國際標準化組織/國際電工委員會14443=識別卡-非接觸式集成電路卡-鄰近卡(->射頻識別)
國際標準化組織/國際電工委員會15693=識別卡-非接觸式集成電路卡-鄰近卡(->射頻識別)
國際標準化組織/國際電工委員會18000=信息技術-項目射頻識別-管理(->射頻識別)
其他無線標準、無線傳輸協議和縮寫列表：
無線局域網=基于IEEE802.11b/g/n的無線局域網
無線網絡=無線網絡聯盟->認證設備的組織
符合無線局域網標準：
簡單鏈接WiFi=鏈接到WiFi標準IEEE802.11b/g/n
ZigBee=ZigBee聯盟->定義ZigBee標準的公司,基于IEEE802.15.4
ZigBeeRF4CE=消費電子產品的射頻(用于遙控器),基于IEEE802.15.4
6局域網=低功耗無線個人局域網上的IPv6,基于IEEE802.15.4
NFC=近場通信,由成員定義的標準
NFC論壇:
射頻識別=基于幾個國際標準化組織/國際電工委員會標準的射頻識別
低功耗廣域網
工業、科學和醫學樂隊
全球移動通信系統
DECT=數字增強型無繩電信:
根據系統架構,專用集成電路(ASICs)包含射頻功能,用于發送和接收無線分布的信息,或者甚至將微控制器和射頻功能結合在一個封裝中.典型地,這些專用集成電路被稱為射頻SOC,代表片上射頻系統.射頻功能需要一個兆赫范圍內的參考時鐘,而射頻振蕩器可能還需要一個時鐘晶體.這種薄膜晶體管晶體可用于SoC單片機部分的待機或計時功能.根據支持的無線標準,下面列表中的一個頻率通常用作專用集成電路或片上系統射頻部分的兆赫參考時鐘.
無線應用中對晶體的要求:
通常,射頻電路在預定的窄頻帶中發射和接收無線電波.為了避免與其他頻帶的任何干擾,并提高長距離傳輸的接收靈敏度,相對于指定的參考射頻頻率,總頻率精度可以限制在幾十ppm.大多數射頻接收器或發射器通常使用頻率在13.560兆赫至52.0兆赫范圍內的AT切割晶體來產生參考頻率,該參考頻率用于產生數百兆赫甚至千兆赫范圍內的射頻接收或發射頻率.
隨著基于諧振器的基準頻率(以ppm為單位測量)的精度轉換到射頻范圍,對晶體產生的基準時鐘的頻率精度和穩定性提出了很高的要求.因此,嚴格的規格可能適用于頻率容差、頻率穩定性和晶體在客戶產品預期壽命內的老化.此外,基于晶體的參考時鐘應無雜散頻率,雜散頻率可能會在接近實際射頻傳輸載波頻率的頻率上造成不必要的射頻傳輸.
無線應用的總’ppm’預算:
根據使用的射頻/無線標準,不同的總’ppm’預算是有效的.一些射頻標準要求總’ppm’預算窄至+/-20ppm,而在其他標準中+/-40ppm是可以接受的.
如何用水晶達到+/-20ppm的’整體’:
如果總’ppm’預算僅為+/-20ppm,這意味著MHz基準時鐘的整體頻率穩定性應保持在+/-20ppm以下,包括+25°C時的頻率容差、工作溫度范圍內的頻率穩定性、長期老化和負載電容容差引起的頻率牽引等所有因素,如果使用石英晶振,這不是一項容易的任務.一些射頻專用集成電路或射頻專用集成電路提供了補償+25℃頻率容差和每個模塊頻率補償模塊負載電容容差引起的頻率牽引的可能性.
可以應用的兩種頻率補償方法是根據晶體頻率對產生射頻頻率的頻率合成器進行微調,或者對射頻專用集成電路內內置的晶體負載電容進行負載電容調諧.如有疑問,射頻專用集成電路數據表應包括集成電路供應商推薦的射頻芯片頻率補償方法的信息.
請在下表中找到有助于理解哪些對ppm總預算的貢獻可以選擇性地通過單個晶振頻率補償來補償,哪些貢獻隨溫度(即空燃比)而變化,或者在制造時無法預測(即老化).
上面的例子表明,如果單獨完成由于負載電容容差/不匹配引起的頻率容差和頻率偏移的消除,即每個模塊的模塊,則只能實現+/-20ppm的’ppm’限制.
然而,頻率穩定性(F/T)和長期老化的貢獻在生產時無法得到補償.這就是為什么在最終產品的使用壽命期間長期老化的貢獻應該很低,并且頻率穩定性應該從用于無線應用的Jauch晶振數據表中所示的選項中適當選擇.如果不執行由于負載電容容差/不匹配引起的頻率容差和頻率偏移的消除,則在上面示出的示例中,包括長期老化的’ppm’預算將接近+/-40ppm.
請參閱相應RF標準的文件,其中應包含可接受的總體’ppm’預算的信息,請注意,整體’ppm’預算可能取決于RF頻率和RF帶寬.ASIC/RF-SoC供應商提供的數據表將包含為晶體選擇合適的整體頻率穩定性的建議,但請考慮上述表格.
每個人都有一個新的時髦詞——物聯網.物聯網代表物聯網,并建議屬于物聯網世界的每個設備或應用程序都可以相互通信.大多數物聯網網絡通信是無線通信,但是有幾個相互競爭的標準不一定相互兼容.以下是為物聯網無線通信提供解決方案的競爭無線標準和專用集成電路供應商的幾個例子.下面的列表還包括其他空中信息交換標準的標準和縮寫.
BLE=藍牙低能耗(也稱為藍牙智能)
IEEE802.15.4=低速率無線網絡的IEEE標準
IEEE802.11b/g/n=無線局域網介質訪問控制和物理層(PHY)規范
LoRa=物聯網的長距離(低數據速率),射頻專有調制
SigFox=一家為物聯網提供無線服務、專有調制的公司
國際標準化組織/國際電工委員會14443=識別卡-非接觸式集成電路卡-鄰近卡(->射頻識別)
國際標準化組織/國際電工委員會15693=識別卡-非接觸式集成電路卡-鄰近卡(->射頻識別)
國際標準化組織/國際電工委員會18000=信息技術-項目射頻識別-管理(->射頻識別)
其他無線標準、無線傳輸協議和縮寫列表：
無線局域網=基于IEEE802.11b/g/n的無線局域網
無線網絡=無線網絡聯盟->認證設備的組織
符合無線局域網標準：
簡單鏈接WiFi=鏈接到WiFi標準IEEE802.11b/g/n
ZigBee=ZigBee聯盟->定義ZigBee標準的公司,基于IEEE802.15.4
ZigBeeRF4CE=消費電子產品的射頻(用于遙控器),基于IEEE802.15.4
6局域網=低功耗無線個人局域網上的IPv6,基于IEEE802.15.4
NFC=近場通信,由成員定義的標準
NFC論壇:
射頻識別=基于幾個國際標準化組織/國際電工委員會標準的射頻識別
低功耗廣域網
工業、科學和醫學樂隊
全球移動通信系統
DECT=數字增強型無繩電信:
根據系統架構,專用集成電路(ASICs)包含射頻功能,用于發送和接收無線分布的信息,或者甚至將微控制器和射頻功能結合在一個封裝中.典型地,這些專用集成電路被稱為射頻SOC,代表片上射頻系統.射頻功能需要一個兆赫范圍內的參考時鐘,而射頻振蕩器可能還需要一個時鐘晶體.這種薄膜晶體管晶體可用于SoC單片機部分的待機或計時功能.根據支持的無線標準,下面列表中的一個頻率通常用作專用集成電路或片上系統射頻部分的兆赫參考時鐘.
無線應用中對晶體的要求:
通常,射頻電路在預定的窄頻帶中發射和接收無線電波.為了避免與其他頻帶的任何干擾,并提高長距離傳輸的接收靈敏度,相對于指定的參考射頻頻率,總頻率精度可以限制在幾十ppm.大多數射頻接收器或發射器通常使用頻率在13.560兆赫至52.0兆赫范圍內的AT切割晶體來產生參考頻率,該參考頻率用于產生數百兆赫甚至千兆赫范圍內的射頻接收或發射頻率.
隨著基于諧振器的基準頻率(以ppm為單位測量)的精度轉換到射頻范圍,對晶體產生的基準時鐘的頻率精度和穩定性提出了很高的要求.因此,嚴格的規格可能適用于頻率容差、頻率穩定性和晶體在客戶產品預期壽命內的老化.此外,基于晶體的參考時鐘應無雜散頻率,雜散頻率可能會在接近實際射頻傳輸載波頻率的頻率上造成不必要的射頻傳輸.
無線應用的總’ppm’預算:
根據使用的射頻/無線標準,不同的總’ppm’預算是有效的.一些射頻標準要求總’ppm’預算窄至+/-20ppm,而在其他標準中+/-40ppm是可以接受的.
如何用水晶達到+/-20ppm的’整體’:
如果總’ppm’預算僅為+/-20ppm,這意味著MHz基準時鐘的整體頻率穩定性應保持在+/-20ppm以下,包括+25°C時的頻率容差、工作溫度范圍內的頻率穩定性、長期老化和負載電容容差引起的頻率牽引等所有因素,如果使用石英晶振,這不是一項容易的任務.一些射頻專用集成電路或射頻專用集成電路提供了補償+25℃頻率容差和每個模塊頻率補償模塊負載電容容差引起的頻率牽引的可能性.
可以應用的兩種頻率補償方法是根據晶體頻率對產生射頻頻率的頻率合成器進行微調,或者對射頻專用集成電路內內置的晶體負載電容進行負載電容調諧.如有疑問,射頻專用集成電路數據表應包括集成電路供應商推薦的射頻芯片頻率補償方法的信息.
請在下表中找到有助于理解哪些對ppm總預算的貢獻可以選擇性地通過單個晶振頻率補償來補償,哪些貢獻隨溫度(即空燃比)而變化,或者在制造時無法預測(即老化).
實施例Q26,0-JXS32-CL-10/13-T(-30/+85)-FU-WA-LF
| 對頻率偏移和穩定性的貢獻 | 初始 | 如果得到補償 | |
| 最大25°C時的頻率容差.以下內容: | [ppm] | +/-10 | +/-2 |
| CL容差/失配引起的頻移(估計值): | [ppm] | +/-10 | 包括在上面 |
| 特定溫度范圍內的頻率穩定性30~+85℃: | [ppm] | +/-13 | +/-13 |
| 第一年老化: | [ppm] | (+/-1) | |
| 7年后老化(包括第一年): | [ppm] | +/-5 | +/-5 |
| 總體最大值.7年后的頻率變化: | [ppm] | +/-38 | +/-20 |
然而,頻率穩定性(F/T)和長期老化的貢獻在生產時無法得到補償.這就是為什么在最終產品的使用壽命期間長期老化的貢獻應該很低,并且頻率穩定性應該從用于無線應用的Jauch晶振數據表中所示的選項中適當選擇.如果不執行由于負載電容容差/不匹配引起的頻率容差和頻率偏移的消除,則在上面示出的示例中,包括長期老化的’ppm’預算將接近+/-40ppm.
請參閱相應RF標準的文件,其中應包含可接受的總體’ppm’預算的信息,請注意,整體’ppm’預算可能取決于RF頻率和RF帶寬.ASIC/RF-SoC供應商提供的數據表將包含為晶體選擇合適的整體頻率穩定性的建議,但請考慮上述表格.
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