انتخاب اسیلاتور مناسب برای میکروکنترلرتان

Choosing-the-Right-Oscillator-for-Your-Microcontroller

داخلی یا خارجی؟ کوارتز یا سرامیک؟ نوسان ساز کریستالی یا نوسان ساز سیلیکونی؟ انتخاب‌ها زیاد است، اما کدام برای شما مناسب است؟ در این مقاله شما را برای انتخاب بهترین از میان اسیلاتورهای مختلفی که در دیتاشیت آمده راهنمایی میکنیم.

گزینه‌های پیش رو

هر میکروکنترلر به یک منبع کلاک نیاز دارد. CPU, Memory Bus, Peripherals. سیگنال کلاک در همه جای یک میکروکنترلر حضور دارد. کلاک سرعت اجرای دستورالعمل‌ها توسط پردازنده، نرخ تبادل ارتباط سریال، زمان مورد نیاز برای تبدیل از آنالوگ به دیجیتال و خیلی چیزهای دیگر را تعیین می‌کند.

همه‌ی این اعمال به بخشی به نام اسیلاتور بازمی‌گردد. بنابراین، شما نیاز به اسیلاتوری دارید که بازدهی که از میکروکنترلر انتظار دارید را برای شما تأمین کند. گاهی اوقات بعضی از اسیلاتورها نسبت به بقیه پیچیده‌تر و یا گران‌تر اند، بنابراین انتخاب اسیلاتور شما باید نمایانگر میزان اهمیت کاهش هزینه و یا پیچیدگی مدار باشد.

چند راه برای تولید یک سیگنال کلاک برای میکروکنترلر وجود دارد. دیتاشیت میکروکنترلر شما اطلاعات کافی در مور این که چه اسیلاتورهایی قابل استفاده‌اند و نحوه‌ی راه اندازی آن‌ها به نحوی که سازگار با سخت افزار باشند به شما می‌دهد.

با یک لیست شروع می‌کنیم و در ادامه در مورد هر کدام بحث می‌کنیم:

داخلی

  • معمولاً از یک مدار شامل خازن و مقاومت تشکیل شده
  • حلقه قفل فاز به عنوان ضررب کننده فرکانسی

خارجی

  • CMOS clock
  • Crystal
  • Ceramic resonator
  • Resistor–capacitor
  • Capacitor only

 

اسیلاتور داخلی

ساده‌ترین گزینه اسیلاتور داخلی است و تا زمانی که ممکن است از اسیلاتور داخلی استفاده کنید. در این حالت به هیچ قطعه خارجی نیاز نیست و به دلیل طراحی دقیق خیالتان از بابت فرکانس انتخاب شده راحت است. اطلاعات مربوط به بازدهی، دقت، duty cycle، وابستگی دمایی و غیره در دیتاشیت موجود است.

مهم‌ترین معایب اسیلاتور داخلی نبود دقت و پایداری است. فرکانس پایه‌ی آن به عناصر پسیوی که مدار اسیلاتور را می‌سازند وابسته است که تغییرات این المان‌ها هم کم نیست. خازن‌ها و مقاومت‌ها با دما تغییر می‌کنند، بنابراین اسیلاتورهای RC داخلی با تغییر دما فرکانسشان تغییر می‌کند.

در عمل در میکروکنترلر های قدیمی این میزان تغییرات می‌تواند ±۲۰% باشد. هرچند در میکروکنترلرهای جدید این مقدار به ±۱٫۵% هم رسیده. یک راه دیگر برای گسترش قابلیت‌های این اسیلاتور استفاده از Calibration Register داخلی میکروکنترلر در صورت پشتیبانی است. با تنظیم این رجیستر می‌توان مقدار فرکانس این اسیلاتور را تنظیم کرد.

مورد دیگر در اسیلاتورهای داخلی حلقه قفل فاز است که به اسیلاتوری داخلی با کیفیت کم و سرعت زیاد اجازه می‌دهد مانند یک اسیلاتور خارجی با ثبات باشد. البته این مورد بدون المان‌های خارجی کار نمی‌کند اما هنگامی که یک سیگنال با کیفیت کلاک در PCB موجود است اما به دلیل سرعت کم قابلیت استفاده در میکروکنترلر را ندارد می‌توانید از حلقه قفل فاز برای چند برابر کردن فرکانس آن برای استفاده در میکروکنترلر بهره ببرید.

 

CMOS Clock

یک گزینه‌ی دیگر برای تولید سیگنال کلاک “CMOS clock” نامیده می‌شود. CMOS clock هنگامی مناسب است که در طراحی شما مشخصات الکتریکی ورودی میکروکنترلر با مشخصات الکتریکی این اسیلاتور سازگار باشد. عموماً این مشخصات مشکل ساز نمی‌شود لذا به دو مورد از این اسیلاتورها اشاره می‌کنیم.

مورد اول “کریستال اسیلاتور” است. اشتباه نکنید فقط کریستال در اینجا نقش ندارد بلکه جزوی از یک مدار CMOS است. در حقیقت خود کریستال کوارتز به تنهایی یک اسیلاتور نیست بلکه المان اصلی یک مدار اسیلاتور کریستال کوارتز است که مداری شبیه مدار زیر دارد:

cmos-oscillator

هنگامی که شما به دقت و پایداری خیلی زیاد بدون پرداختن هزینه‌ی زیاد برای آی سی‌های دارای کریستال نیاز دارید، این اسیلاتوها مناسب شما اند. میزان خطای فرکانسی این اسیلاتور ها ۰٫۰۰۲% است.کریستال اسیلاتورها ابزارهای هوشمندی هستند که از یک کریستال کوارتز و یک مدار برای تولید یک سیگنال استاندارد کلاک دیجیتال تشکیل شده‌اند. بنابراین با این اسیلاتور شما به پایداری و دقت کریستال بدون نگرانی از جانب خازن‌های بار، طراحی دقیق PCB و… دست پیدا می‌کنید. در عمل در بسیاری از موارد نیازی نیست که یک مدار را به همراه کریستال کوارتز ببندید بلکه المان‌هایی که البته در بازار ایران هم به وفور یافت می‌شود وجود دارد که معروف به کریستال اسیلاتور اند و دارای چهار پایه برای تغذیه و گرفتن خروجی اسیلاتور اند. نمونه‌ای از آن‌ها در عکس زیر قابل مشاهده است. این ماژول‌ها در اصل مدار کامل کریستال اسیلاتور شامل کریستال کوارتز هستند. در برخی از موارد (به عنوان مثال میکروکنترلرهای AVR) مدار نوسان ساز کریستال اسیلاتور در داخل میکروکنترلر جایگذاری شده و شما فقط کافی است تا کریستال کوارتز به همراه خازن‌های لازم که جزئیات آن‌ها در دیتا شیت آمده را خارج از میکروکنترلر قرار دهید.

oscmodule

مورد دوم “silicon oscillator” است. همانطور که از نام آن هم پیداست به آی سی‌های اسیلاتوری اشاره می‌کند که نه بر اساس کریستال کوارتز و نه بر اساس نوسان سازهای سرامیکی هستند. این المان‌ها متنوع بوده و راه اندازی آنها راحت است و در برخی موارد می‌توانند دقیق باشند. به عنوان مثال آی سی LTC6930 از کمپانی Linear tech فقط با یک خازن بای پس سیگنال کلاک را تولید کرده و به شما تحویل می‌دهد. از این دست آی سی‌ها یک آی سی قدیمی در ایران وجود دارد به نام IC555 که ماکزیمم فرکانس آن بسته به نسخه آی سی از ۵۰۰ کیلوهرتز تا ۲ مگاهرتز متفاوت است.

LTC6930

LTC6930_2

اسیلاتورهای سیلیکونی از اسیلاتورهای کریستالی و سرامیکی قابل‌اطمینان‌ترند به خصوص در محیط‌های خشن دارای تکان‌های شدید و البته گران‌تر هم هستند. در آینده در مورد انواع این اسیلاتورها و نحوه ی عملکرد آن ها به تفضیل صحبت خواهیم کرد.

خیلی بدضعیفمتوسطخوبخیلی عالی (4 نظر, امتیاز کل: 4٫75 از 5)
Loading...
با دوستان خود به اشتراک گذارید!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *