Програмируеми кристални осцилатори Epson

Появата през 1997 г. на програмируеми кристални осцилатори на Epson бележи началото на нова ера в технологията на кристалните осцилатори. Вместо да се произвежда огромен асортимент от продукти с различни работни честоти, захранващи напрежения и диапазони на работната температура, стана възможно да се използват само няколко стандартни функционално завършени генератора и техните многобройни вариации в основните електрически параметри могат да бъдат предоставени от софтуера на етапа на доставка на продукт или дори директно при клиента.

Дългогодишният опит в доставката на програмируеми кристални осцилатори показа, че широкото им разпространение до голяма степен е затруднено от почти пълната липса на информация за тези продукти. Досега повечето разработчици на електронно оборудване са изненадани да възприемат дори самата фраза „програмируеми кристални осцилатори“ и изобщо не си представят както възможностите, така и недостатъците на тези продукти.

Фигура: 1. Блок-схема на програмируем кристален осцилатор

Какво представляват програмируемите кристални осцилатори? И как изобщо могат да се комбинират тези две на пръв поглед несъвместими понятия - „кристален осцилатор“ и „програмируем“?

Достатъчно е просто да отклоните вниманието от думата „генератор“ за известно време. Всъщност тези продукти са честотен синтезатор с кварцова стабилизация. Името „генератор“ е дадено на продуктите, за да се подчертае тяхното място на пазара на електронни компоненти. В повечето случаи стандартен кристален осцилатор с фиксирана честота може свободно да бъде заменен с програмируем аналог. Следователно в бъдеще ще се придържаме към терминологията, предложена от Epson за продукти от това семейство.

Блоковата схема на програмируемия кристален генератор SG-8002 е показана на фиг. един.

Микросхемата включва 25 MHz кристален генератор, 1/Q делител, фазов детектор, VCO, 1/P делител, еднократно програмируем EEPROM и контролирани изходни етапи. Фазовият детектор, VCO и 1/P делител образуват фазова верига. Фазовият детектор приема Q пъти разделен сигнал от еталонния кристален генератор и P пъти разделен сигнал от VCO. Фазовият детектор сравнява фазите на двата сигнала и контролира VCO, за да поддържа постоянна фазова разлика между двата сигнала.

По този начин изходната честота на VCO ще бъде fVCO = fREF * P/Q и неговата стабилност се определя само от стабилността на честотата на еталонния кристален осцилатор. В този случай, в зависимост от съотношението на коефициентите на разделяне P и Q, изходната честота може да бъде или по-висока, или по-ниска от честотата на референтния генератор. Стойността на референтната честота, заедно с коефициентите на разделяне P и Q, определят мрежата от допустими изходни честоти на генератора. Със съответния битов капацитет на броячите, стъпката на тази мрежа може да се направи достатъчно малка. Освен това, за да се осигури генерирането на изходната честота с възможно най-висока точност, се извършва допълнителна настройка на референтния генератор чрез свързване към него на един или повече кондензатори, съставляващи микросхемата.

Преди най-накрая да пристигне на изхода на генератора, сигналът от VCO преминава през честотен делител на 2, за да осигури симетрията на изходния сигнал, както и чрез програмируеми нивелирни вериги, които осигуряват работата на генератора с TTL или CMOS натоварване.

Всички микросхеми от серията SG-8002 имат само четири щифта, които също се използват за програмиране на генераторите. Програмирането се извършва съгласно технологията, разработена от Epson с помощта на специален програмист и под контрола на програма, инсталирана на IBM-съвместим компютър.

След въвеждане на първоначалните данни за необходимата честота на генериране, нейната стабилност, работен температурен диапазон и конфигурация на изходния етап, въведените данни се проверяват за съвместимост с възможностите на даден тип кристален генератор. Ако проверката е успешна, ще бъдете подканени да запишете. След като инсталирате генератора в гнездото на програмиста, можете да започнете програмиране. Целият цикъл на запис се извършва автоматично и се състои от няколко етапа.

На първия етап към пин 1 (управляващ вход на изходния етап) се подава отрицателно напрежение, което прехвърля микросхемата в режим на програмиране.

Следващата стъпка е да се контролира изходната честота. За непрограмиран осцилатор изходната честота трябва да бъде равна на честотата на трептене на референтния осцилатор. Ако изходната честота се отклонява значително от стандартната стойност, по-нататъшното програмиране се прекратява и се издава съобщение за грешка. Ако измерената стойност на честотата не надвишава допустимите граници, на базата на резултата от измерването и необходимата стойност на честотата на генериране, програмата взема решение относно необходимостта от коригиране на референтната честота за постигане на максимална точност. Честотното съвпадение на кристалния референтен осцилатор е възможно благодарение на вградената кондензаторна банка. По време на програмирането необходимите кондензатори са свързани или изключени.