Az energiatakarékos és nagyon gyors adatkommunikáció vagy az alvó üzemmód utáni pozicionálás csak egy rendkívül pontos és gyors 32,768 kHz-es rendszerórával lehetséges. A 32,768 kHz-es szilíciumoszcillátorral a hibernációs technológián alapuló, akkumulátorral működő megoldás több mint 50 százalékos energiamegtakarítást érhet el. A PETERMANN-TECHNIK szakemberei elmagyarázzák, hogy a 32,768 kHz-es szilícium-oszcillátorok miért kezdenek teret nyerni az akkumulátoros hibernációs technológia alkalmazásaiban, és milyen előnyöket kínálnak a felhasználónak.
Számos végtermék használja a hibernációs technológiát, többek között a viselhető eszközök, a kereskedelmi, ipari és autóipari alkalmazásokban használt Bluetooth Low Energy (BLE) kommunikációs egységek, IoT-alkalmazások, GPS (kereskedelmi és autóipari), M2M-kommunikáció, személyi nyomkövető és orvosi betegmegfigyelő rendszerek, IoT, intelligens mérés, otthoni automatizálás, vezeték nélküli stb....
Hogyan működik a hibernációs technológia
A hibernációs technológiát elsősorban helymeghatározó alkalmazásokban és olyan végberendezésekben használják, amelyek az összegyűjtött adatokat Bluetooth Low Energy (BLE) segítségével cserélik ki egy vevővel. Az akkumulátor élettartamának jelentős növelése érdekében ezekben az eszközökben a különösen nagy energiaigényű áramköri területek, például az adatátvitelt és a helymeghatározást végző IC-k, amikor csak lehetséges, energiatakarékos alvó üzemmódba kapcsolnak. Amint a felhasználó új célpontot keres, vagy Bluetooth Low Energy-n keresztül akar adatokat továbbítani, a kikapcsolt területeket nagyon rövid időn belül fel kell ébreszteni, és energiaigényes munkamódba kell kapcsolni (1. ábra).
A rendkívül rövid ébresztés 50%-os energia-megtakarítást eredményez a rendszerben.
A gyors és energiatakarékos adatkommunikációhoz a 32 768 kHz-es rendszerórának rendkívül pontosnak kell lennie, hogy az alkalmazás nagyon gyorsan végigfusson az 1. ábrán látható folyamaton, és azonnal vissza lehessen állítani alvó üzemmódba.
Ha a rendszeróra pontatlan, akkor az 1. ábrán látható energiaigényes folyamatsorozat addig ismétlődik, amíg az adatok át nem kerülnek az adóegységről a vevőeszközre, például egy viselhető eszközről egy okostelefonra. Az ismétlések növelik az energiafogyasztást, és ezért jelentősen csökkentik az akkumulátor élettartamát. Ezen túlmenően a rendkívül pontos 32 768 kHz-es referenciafrekvencia kiküszöböli a rendszeróra folyamatos, energiaigényes szinkronizálásának szükségességét az adó és a vevőegység között. A nagyon hosszú autonóm üzemidő döntő tényező az adóegység piaci sikerében. Egy olyan betegmegfigyelő készüléket, amely magas energiafogyasztása miatt nem teszi lehetővé a hosszú üzemidőt, aligha fogadnak el. A felhasználók meg fogják kérdezni maguktól, hogy miért kell újratölteniük a készüléket vagy cserélni az akkumulátort, és nem fogják ajánlani a terméket, vagy negatív véleményt írnak az interneten.
A GPS-alkalmazásokban a nagyon pontos rendszeróra egy másik szempontja is előnyös az energiatakarékosság szempontjából: a hibernációs időszakok meghosszabbítása az egy másodperc alatti gyors indítás fenntartása mellett.
A 32,768 kHz-es kristály és a kristályoszcillátor, valamint a 32,768 kHz-es ultraalacsony teljesítményű oszcillátor közötti különbség
A kvarcvágás miatt a 32,768 kHz-es kvarckristály hőmérsékleti stabilitása - a MHz-es kvarckristályokkal ellentétben - nem korlátozható a vágási szög változtatásával. A -40 °C és +85 °C közötti hőmérséklet-tartományban a 32,768 kHz-es kristály legpontosabb hőmérsékleti stabilitása körülbelül -180 ppm (2. ábra), míg a MHz-es kristályé ±15 ppm.
Például a PETERMANN-TECHNIK ULPPO sorozatú, mindössze 1,5 x 0,8 mm méretű 32,768 kHz-es szilícium oszcillátorának hőmérsékleti stabilitása ±5 ppm a -40 °C és +85 °C közötti hőmérséklet-tartományban, és így 36-szor pontosabb, mint egy 32,768 kHz-es kvarckristály. Ezenkívül az ULPPO öregedése az első év után ±1 ppm, 10 év után pedig ±5 ppm. A 32,768 kHz-es kristály öregedése ±3 ppm az első év után és jóval több mint ±20 ppm 10 év után. A 32,768 kHz-es kristály frekvenciastabilitását 25 °C-on, szabványos érték ±20 ppm, szintén figyelembe kell venni az alkalmazás pontosságának mérlegelésekor. Egy 32,768 kHz-es kristály tehát csak egy nagyon pontatlan 32,768 kHz-es rendszerórát generál, amely csak nagyon lassú adatkommunikációt tesz lehetővé, és a leírt adatkommunikációs ismétlések miatt sok energiát fogyaszt.
A piacon 32,768 kHz-es kvarcoszcillátorok is kaphatók. Ezek nagyobbak (2,5 x 2,0 mm vagy 3,2 x 2,5 mm) és más technológiát használnak. Gyakoriak azok a kvarcoszcillátorok, amelyekben a 32,768 kHz-et egy MHz-es frekvencia (2,5 x 2,0 mm) osztásával állítják elő. Az ilyen oszcillátorok néhány milliamper áramot fogyasztanak, ezért teljesen alkalmatlanok az akkumulátoros megoldásokhoz.
Más 32,768 kHz-es kristályos oszcillátorok (3,2 x 2,5 mm) közvetlenül egy 32,768 kHz-es kristályon alapulnak, és kevesebb áramot fogyasztanak, ha a kristály frekvenciapontosságát nem kompenzálja az oszcillátor IC. Ennek eredményeként azonban a frekvencia ugyanolyan pontatlan, mint a 32,768 kHz-es kristályé, aminek következtében ez az oszcillátor nagyon lassan oszcillál.
A harmadik megoldás egy 32,768 kHz-es kristályon és egy olyan oszcillátor IC-n alapul, amely kompenzálja a 32,768 kHz-es kristály nagyon nagy frekvenciapontosságát, de nagyon lassan, jellemzően 3 másodperccel indul, és ezért sok áramfogyasztó ismétlést okoz.
Energiatakarékos megoldás a PETERMANN-TECHNIK-tól
A legtöbb Bluetooth energiatakarékos megoldás két 32,768 kHz-es kristályt (egyet a BLE IC alvó üzemmódjához, egyet pedig az MCU órajeléhez) és egy MHz-es kristályt használ a BLE chip referenciafrekvenciájaként (3. ábra). Egy tipikus viselhető alkalmazásban egy 32,768 kHz-es szilíciumoszcillátor egyidejűleg képes a BLE és az MCU alvó üzemmódjának órajelzésére. Ez óriási helytakarékosságot jelent az áramköri lapon, mivel az 1,5 x 0,8 mm-es ULPPO csak körülbelül fele akkora, mint a legkisebb, 1,6 x 1,2 mm-es 32,768 kHz-es kristály, és 85 százalékkal kisebb, mint egy 3,2 x 2,5 mm-es, kis teljesítményű kristályoszcillátor.
Ha figyelembe vesszük a 32,768 kHz-es kristály helyigényét a két külső, földeléssel szembeni leválasztó kapacitással együtt, az ULPPO a kristályalapú megoldások helyigényének mindössze 85 százalékát igényli. Az ULPPO nem igényel semmilyen leválasztó kondenzátort, mivel az integrált IC maga szűri a tápfeszültséget.
Rendkívül alacsony energiafogyasztás
A PETERMANN-TECHNIK 32 768 kHz-es szilíciumoszcillátorainak már a standard változata is rendkívül alacsony, 1 µA alatti fogyasztással rendelkezik 1,8 VDC VDD mellett. Az áramfelvétel további csökkentése érdekében az oszcillátor kimeneti amplitúdója az ütemezendő IC-khez igazítható. A VOH a 0,6 és 1,225 V közötti tartományban, a VOL pedig a 0,35 és 0,8 V közötti tartományban állítható be. Egy 1,8 VDC tápfeszültségű PMIC vagy MCU 1,2 V-os VIH-amplitúdót vagy 0,6 V-os VIL-amplitúdót igényel. Ez lehetővé teszi, hogy a 32 768 kHz-es szilíciumoszcillátorok energiatakarékos módon optimálisan alkalmazkodjanak az MCU-hoz és a BLE-hez: Az új generációs szilíciumoszcillátor-technológia másik nagy előnye, amelyet a 32,768 kHz-es kvarcoszcillátor nem kínál.
Magas tranziens válasz megbízhatósága
Mivel a 32,768 kHz-es kristályok nagyon nagy ellenállással rendelkeznek, nem mindig harmonizálnak tökéletesen az órajelezendő IC-k oszcillátorfokozatával. Néha a kristály oszcillál, néha nem. Ha mégis, akkor nem mindig világos, hogy miért. Az órajelezendő IC-k oszcillátorfokozatainak negatív bemeneti ellenállásai gyakran hatalmasan szórnak, vagy akár kapacitívan is. A PETERMANN-TECHNIK szakembereinek mérései szerint nem ritka a több mint 25%-os kapacitív szórás. Ez nem könnyíti meg egy 32,768 kHz-es kvarckristály optimális bekötését, és a frekvencia az áramkörben is torzul (a kvarckristály ppm/pF-ben kifejezett hangolási érzékenysége által okozott frekvenciaeltolódás). Egy ultra-kis teljesítményű 32,768 kHz-es szilícium oszcillátor használatával nem csak több IC egyidejű ütemezése lehetséges, de megszűnnek a tranziens problémák és a frekvenciaeltolódások is. A legmagasabb tranziens stabilitás minden körülmények között, bármilyen hőmérsékleten, bármikor.
Hatalmas költségmegtakarítás
A PETERMANN-TECHNIK 32,768 kHz-es szilícium oszcillátora két 32,768 kHz-es kristályt és az áramköri kapacitást takarít meg, ami óriási mértékben csökkenti az áramköri lapon szükséges helyet. Az alkalmazáshoz így egy lényegesen kisebb és kedvezőbb áramköri lap is elegendő. Ezenkívül a fejlesztési, összeszerelési, ellenőrzési és tesztelési költségek is jelentősen csökkennek. Figyelembe véve az alacsonyabb alkatrészbeszerzési és kezelési költségeket, valamint a kedvezőbb alkatrészárakat, az eszközgyártó nemcsak áramot, hanem pénzt is megtakarít.
Zöldebb technológia egy intelligensebb világért
Az energiatakarékos tervezés az órajelezéssel kezdődik. A PETERMANN-TECHNIK rendkívül kis fogyasztású, 32 768 kHz-es szilíciumoszcillátorai példát mutatnak arra, hogy a megfelelő órajel-generátorokkal a hibernációs technológián alapuló mobil eszközök rendszer-energiája 50 százalékkal növelhető. A PETERMANN-Technik órajel-specialista szakértői átfogó műszaki támogatással, design-in, gyors mintázás és sorozatszállítás mellett tanácsot adnak a "Next Generation Clocking" termékcsalád megfelelő alkatrészeinek kiválasztásában, így gyors piacra kerülést tesznek lehetővé.
További információ a következő címen érhető el:
SMD SPXO 32,768 kHz-es OSZILLÁTOROK
vagy a
Műszaki kérdések:
Telefon: 0 81 91 / 30 53 95
E-mail: info(at)petermann-technik.de
