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ANSEN

Cristales de cuarzo y osciladores de cristal de cuarzo de Ansen

Sin osciladores de cristal, no tendríamos comunicación inalámbrica, receptores de GPS ni Ethernet. Por ello, vamos a ampliar nuestra cartera de proveedores con la incorporación del renombrado fabricante ANSEN. Aunque han surgido nuevas tecnologías como los osciladores MEMS, los osciladores de cristal siguen siendo la principal fuente de frecuencia precisa y estable.

Estabilidad de frecuencia requerida para distintas aplicaciones
● USB de baja velocidad (1,5 Mb/s) ±1,5 % (15 000 ppm)
● USB de velocidad completa (12 Mb/s) ±0,25 % (2 500 ppm)
● USB de alta velocidad (480 Mb/s) ±500 ppm
● Ethernet 10/100/1000 Mb/s ±100 ppm (±50 ppm a 25 °C, ±50 ppm con otros factores)
● Wi-Fi 802.11 a/b/g/n, Bluetooth: 20 ppm

Con la creciente demanda de mayores velocidades de transmisión de datos y un uso más eficiente del espectro de radiofrecuencias, también están aumentando los requisitos de estabilidad de la frecuencia. Por ejemplo, una estación base de telefonía móvil necesita una precisión de 50 ppb (partes por mil millones).

Osciladores en microcontroladores

Los microcontroladores actuales llevan integrados osciladores RC calibrados en fábrica y osciladores para resonador de cristal de cuarzo o cerámico externo.

Oscilador RC interno

Los osciladores RC internos de 16 MHz de los microcontroladores modernos, como los de la familia STM32L4, vienen calibrados en fábrica y pueden tener una precisión total de -2 % a 1,5 % (de -20 000 ppm a 15 000 ppm) en un rango de temperatura de -40 a 85 °C. Deriva en función del tiempo no especificada.

Oscilador con resonador cerámico

● Resonador cerámico de 12 MHz, 3,2 x 1,3 x 0,7 mm, CSTNE12M0GH5L000R0 de Murata
● Rango de temperatura ambiente de servicio: de -40 a 85 °C
● Tolerancia de frecuencia a 25 °C: ±0,07 % = ±700 ppm
● Estabilidad de frecuencia respecto a la temperatura: ±0,11 % = ±1100 ppm 
● Envejecimiento: ±0,07 %/10 años a 25 °C

Desviación total de frecuencia en 10 años: 700 ppm + 1100 ppm + 700 ppm = 2500ppm

Oscilador de cristal

● Ansen estándar de cristal 12 MHz, 3,2 x 2,5 x 0,75 mm: ASX3F-12M-FE180E5
● Rango de temperatura de servicio: de -40 a 85 °C
● Tolerancia de frecuencia (a 25 °C): ±30 ppm
● Estabilidad de frecuencia respecto a la temperatura: ±30 ppm
● Envejecimiento: ±3 ppm/año
● Desviación total de frecuencia en 10 años: 30 ppm + 30 ppm + 30 ppm = 90 ppm

Los osciladores de cuarzo ofrecen la máxima precisión. El límite práctico de los osciladores de cristal estándar (XO) es de ±10 ppm, lo que incluye la tolerancia de frecuencia a 25 °C, la estabilidad de frecuencia respecto a la temperatura, los cambios en la tensión de alimentación, los cambios por golpes y vibraciones y el envejecimiento del primer año.

Parámetros importantes del cristal

Frecuencia nominal y carga capacitiva (CL)

La topología más utilizada es el oscilador Pierce. El cristal actúa como inductancia.

La carga capacitiva CL cierra el circuito resonante paralelo. El valor de CL lo especifica el fabricante del cristal. Para que sea preciso, el circuito del oscilador debe tener la misma carga capacitiva que se haya definido para el cristal.


Resistencia serie equivalente (ESR)

La resistencia de realimentación transforma la compuerta lógica CMOS (inversor) en un amplificador lineal con una transconductancia Gm = -di/du, por lo que la intensidad de salida del amplificador es proporcional a la tensión de entrada.


El amplificador debe tener suficiente transconductancia para compensar las pérdidas en el bucle de oscilación (la ESR y la intensidad que pasa por CL1, CL2, más las capacidades parásitas de los cables de la puesta a tierra) y proporcionar energía para generar la oscilación. La Gm típica se mide en mA/V para cristales en el rango de MHz y en uA/V para cristales de 32,768 KHz.

Para asegurar un funcionamiento fiable, se recomienda una Gm > 5 gm_crit.

gm_crit = 4*ESR*(2πF)^2*(C0 + CL)^2 donde

● ESR es la resistencia serie equivalente
● C0 es la capacitancia shunt del cristal
● CL es la carga capacitiva nominal del cristal
● F es la frecuencia de oscilación nominal del cristal

Nivel de excitación

El nivel de excitación recomendado o máximo lo especifica el fabricante del cristal, normalmente en uW. Superar este valor puede reducir la vida útil del cristal o causar daños debido a una vibración mecánica excesiva. Ansen recomienda un nivel de excitación de 100 uW. Un nivel de excitación más bajo puede impedir las oscilaciones, mientras que un valor más alto aumenta la frecuencia resonante de los cristales con corte AT.

Puede encontrar más información en STM AN2867 y John R. Vig. Quartz Crystal Resonators and Oscillators For Frequency Control and Timing Applications - A Tutorial.

¿Por qué nos hemos decidido por Ansen?

Ansen es un fabricante líder de productos de control de frecuencia. Su cartera de productos incluye cristales de cuarzo, osciladores de cristal y resonadores cerámicos. Gracias a sus continuos avances tecnológicos y una tecnología de fabricación de alta precisión, los productos de Ansen no solo se utilizan en los sectores de electrónica de consumo e industrial, sino también en el sector de la automoción.

Ansen ofrece:
1. un sistema de gestión certificado con las normas internacionales ISO 9001, ISO 14001 e IECQ QC 080000
2. excelente fiabilidad, soldabilidad, histéresis térmica y resistencia a vibraciones y golpes
3. bajo envejecimiento y amplio rango de temperatura
4. tecnología de fabricación de alta precisión
5. productos aptos para el sector de la automoción de conformidad con la norma AEC-Q200
6. todos los productos cumplen los requisitos de RoHS y REACH

Hemos incorporado 29 cristales Ansen en paquetes HC-49/US (versiones SMD y TH) y SMD de 3,2 x 2,5 mm a nuestra oferta de productos. Esperamos la primera entrega a finales de junio de 2019. Iremos ampliando gradualmente la gama de productos en función de las necesidades de nuestros clientes.

Si desea obtener más información sobre los productos de la marca Ansen, no dude en ponerse en contacto con nosotros en la dirección de correo ansen@soselectronic.com 

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