Stabilité des cristaux à quartz : comment les mythes et les idées fausses dissimulent la bonne valeur
Posted: 30th July 2015
Au fil des ans, nous avons eu de nombreuses demandes pour des cristaux à quartz avec une plage opérationnelle de -40 °C à +85 °C et une stabilité de ±10 ppm, malgré le fait que pratiquement toutes les applications mentionnées par nos clients n’ont pas besoin de fonctionner sur cette plage de températures industrielles. Il semble que l’exigence perçue ne résulte pas d’une considération de l’application, mais vient des fiches techniques des fabricants de semi-conducteurs ; les puces sont spécifiées pour fonctionner de -40 °C à +85 °C et ainsi, les normes de conception suggèrent que les cristaux et autres composants devraient être capables de fonctionner dans cette même plage.
Il est désormais possible d’acheter des cristaux qui satisfont à la spécification décrite, mais les éléments fondamentaux de la fabrication des cristaux les rendent excessivement coûteux pour tout, à part les applications les plus exigeantes. En voici les raisons :
Comme nous l’avons décrit dans un blogue précédent, de grandes pierres sont coupées en petites plaquettes pour fabriquer les cristaux et la fréquence opérationnelle d’un cristal est invariablement citée comme étant 25 °C. Nous varions les caractéristiques de température d’un cristal en modifiant l’angle auquel nous coupons la plaquette.
Le graphique ci-dessous montre que la réalisation d’une haute stabilité sur une plage de températures limite le nombre d’angles auxquels nous pouvons couper le cristal. Si nous avons seulement besoin d’une plage de températures étroite, ou pouvons tolérer des fluctuations importantes dans la fréquence à température, avec peut-être une tolérance de ±40 ppm, cela rend la coupe du cristal plus facile. Cependant, élargir la plage de températures ou resserrer l’exigence de stabilité limitera le choix des angles de coupe.
Même lorsqu’on utilise les angles de coupe les mieux appropriés, le rendement de cristaux qui vont rester au sein des ±10 ppm sur une plage de température de -40 °C à +85 °C est faible. En conséquence, le coût de ces cristaux est relativement élevé – excessivement onéreux pour de nombreuses applications de consommation, commerciales et pour l’Internet des objets (IoT).
Vous allez alors sans doute dire, «J’ai vu des cristaux pas cher dans des catalogues de distributeurs qui revendiquent une stabilité de ±10 ppm de -40 °C à +85 °C.» Nous avons acheté une sélection de ces composants et les avons testés minutieusement. Nous n’avons pas encore trouvé un seul cristal de bas coût qui satisfasse pleinement à la spécification ; certains n’en sont pas loin, mais ils se trouvent toujours en dehors de la spécification ±10 ppm à l’extrémité inférieure de la plage de températures.
Bien entendu, certains fabricants n’ont simplement pas les installations nécessaires pour tester les cristaux avec précision et se contentent de citer des approximations. Pour réitérer ce point crucial : vous pouvez acheter un cristal avec une stabilité de ±10 ppm, de -40 °C à +85 °C, mais ce sera un composant relativement onéreux qui aura rarement la performance optimale requise pour votre application.
Nous somme spécialistes du secteur des cristaux depuis plus de 40 ans et nous avons toujours publié des spécifications précises et honnêtes, lesquelles sont prouvées par nos processus de tests minutieux.
Nous vous conseillons de toujours réfléchir en premier à votre application individuelle, plutôt que de vous fier uniquement aux normes de conception des fabricants de chipsets (puces), qui, de par leur nature même, sont génériques et souvent inexactes. Ensuite, discutez avec notre équipe d’assistance Ingénierie et Applications, laquelle vous orientera toujours vers le cristal ou oscillateur le plus économique pour votre conception. Comme le dit le dicton, «Il n’y a pas besoin d’un marteau-pilon pour écraser une mouche.”
D’autre part, si cela vous intéresse d’en savoir plus sur les cristaux et résonateurs, il y a un très bon tutoriel en ligne ici.