Retour aux sources - Spécification des quartz
Posted: 5th May 2021
L'utilisation de produits fréquentiels augmente avec chaque découverte technologique. Il est de plus en plus fréquent que les concepteurs soient chargés de spécifier les paramètres des quartz qu'il souhaitent utiliser dans leurs appareils électroniques. Ceci les oblige à mieux comprendre les quartz. Dans ce blog, nous parlons des paramètres clés dont on doit tenir compte lors de la conception d’une application.
1. La fréquence
La fréquence d'un quartz est la mesure du nombre d'oscillations par seconde auxquelles le morceau de quartz résonne, par exemple 10 MHz signifient que le quartz vibre 10.000.000 fois par seconde ! Cette fréquence est modifiée par l'épaisseur du matériau brut. Plus le matériau est fin, plus la fréquence est élevée.
La fréquence requise dépend généralement de l'application et tient compte également du circuit intégré, par exemple les applications GPS fonctionnent normalement sur 26 MHz.
Il faut donc sélectionner la bonne fréquence de fonctionnement lorsque les systèmes doivent échanger des données. Dans le cas contraire, les systèmes pourraient ne pas communiquer entre eux ou perdre des données.
2. Le boîtier
Historiquement, les quartz étaient encapsulés dans des boîtiers métalliques traversant. Cependant, avec l'arrivée de la technologie de montage en surface, la taille des boitiers a diminué et les boitiers sont désormais en céramique.
La taille des boitiers varie de 7.0 x 5.0mm a 1.2 x 1.0 mm. Maintenant, on peut même trouver des quartz dans des boîtiers de 1 x 0,8 mm.
Il est également utile de se rappeler que plus le boîtier est petit, plus la gamme de fréquence est réduite. Pour plus d'informations, lisez notre blog : Trouver la taille idéale – considérations pour le choix de votre produit fréquentiel.
3. La tolérance de fréquence
La tolérance de fréquence définit la précision à température ambiante (25 °C) et elle se règle au stade de la fabrication du quartz.
Il est important de ne pas sur-spécifier la tolérance de fréquence à des valeurs très basses car cela impacte le coût de l'unité ainsi que la précision dans le circuit de l'application lorsqu'elle est associée à des valeurs faibles de capacité de charge.
4. La stabilité de fréquence
La stabilité de fréquence est une mesure de la manière dont celle-ci change avec la température, et les performances obtenues varient selon l'angle de coupe du quartz utilisé.
La figure 1 montre le comportement de la fréquence selon la température et différents angles de coupe.
Figure 1: courbe de comportement de la fréquence selon la température
La stabilité de la fréquence est l'un des paramètres les plus importants et les plus dépendants de l'application à l'exception de la fréquence nominale. Les performances d'un système électronique dépendent de la valeur de stabilité globale, et la plage de valeurs peut aller de ±100 ppm à ±10 ppm.
Si vous souhaitez obtenir une meilleure stabilité, votre choix pourrait s’orienter vers d’autres produits fréquentiels, par exemple l'oscillateur à quartz à température compensée (TCXO) ou l'oscillateur à quartz thermostaté (OCXO).
5. La plage de température de fonctionnement
La plage de température de fonctionnement doit être spécifiée en même temps que la stabilité de fréquence car les deux valeurs sont liées. La plage de température dépend également de l'application, pour une utilisation commerciale de, par exemple, -20 à 70 °C, jusqu'à une utilisation automobile de -40 à 125 °C.
Il est essentiel de ne pas sur-spécifier la plage de température et de stabilité car cela peut avoir un impact sur le coût.
Un quartz spécifié entre -20 et 70 °C fonctionnera toujours à des plages de température plus larges mais n'atteindra pas les mêmes performances en termes de stabilité.
6. La capacité de charge
La capacité de charge est la valeur de capacité que le circuit de l'oscillateur doit fournir au quartz afin d'assurer une précision optimale de la fréquence à température ambiante.
Si la valeur de capacité de charge est incorrecte, le quartz s’éloignera de sa valeur nominale et, au pire, la fréquence sera hors tolérance.
Il est également important de noter qu'avec des valeurs de capacité faibles, la sensibilité d’ajustage augmente et donc, la dérive fréquentielle est plus importante. La précision de la fréquence nominale est donc plus difficile à obtenir.
Pour plus d’informations sur la capacité de charge, la sensibilité d’ajustage et le choix des valeurs de condensateurs correctes, lisez nos blogs : Mythes associés à la capacité de charge – comment choisir le bon condensateur et Comment quelques picofarads peuvent sérieusement perturber votre capacité de synchronisation.
Pour atteindre les objectifs de conception, on devra peut-être tenir compte d'autres paramètres en plus des paramètres standard, tels que la résistance série équivalente (ESR), le vieillissement et le niveau d'excitation (drive level).
Pour plus d'informations sur ces valeurs supplémentaires pour une application, veuillez contacter notre équipe support d'applications.