Cos'è un Oscillatore? Tutto ciò che Devi Sapere

Praticamente ogni scheda di circuito stampato realizzata nella storia recente ha un oscillatore di qualche tipo su di essa, e la maggior parte dei circuiti integrati contiene anch'essi oscillatori. Potresti chiederti, cos'è esattamente un oscillatore? Gli oscillatori sono componenti essenziali che producono un segnale elettronico periodico, tipicamente un'onda sinusoidale o un'onda quadra. Gli oscillatori convertono il segnale DC in segnali AC periodici che possono essere utilizzati per impostare la frequenza, essere utilizzati per applicazioni audio o utilizzati come segnale di orologio. Tutti i microcontrollori e i microprocessori richiedono un oscillatore per impostare il segnale di orologio per poter funzionare. Alcuni dispositivi lo hanno integrato, e alcuni richiedono un oscillatore esterno - o entrambi, avendo un oscillatore interno di bassa precisione con l'opzione per un segnale esterno da fornire.

I dispositivi elettronici utilizzano il segnale di orologio come riferimento per il tempo, consentendo di eseguire azioni in modo coerente. Altri dispositivi utilizzano il segnale dell'oscillatore per generare altre frequenze che possono fornire funzioni audio o generare segnali radio.

Comprendere i diversi tipi di oscillatori e il loro funzionamento può permetterti di scegliere l'oscillatore corretto per il tuo progetto. Se stai cercando di creare un segnale radio, avrai bisogno di un oscillatore molto più accurato di quello che potrebbe essere necessario per altri dispositivi. Gli oscillatori sono qualcosa che può essere facilmente trascurato in un progetto, con l'atteggiamento di prendere semplicemente qualsiasi vecchio oscillatore che rientri nel range di frequenza specificato nel datasheet che si adatta allo spazio sulla scheda e ai requisiti di costo. Tuttavia, la scelta può comportare molto di più, a seconda dei requisiti di potenza per il PCB, dello spazio disponibile sulla scheda e della precisione di frequenza richiesta. Alcuni oscillatori funzionano con microampere o meno di potenza, dove alcuni ne necessitano diversi ampere per funzionare.

Gli oscillatori si dividono in due categorie principali: armonici e di rilassamento. Gli oscillatori armonici creano una forma d'onda sinusoidale, i circuiti RC, LC, i circuiti a serbatoio, i risonatori ceramici e gli oscillatori a cristallo rientrano tutti in questa categoria.

In questo articolo, andremo a vedere:

• Oscillatori a Resistore-Capacitore (RC)
• Oscillatori a Induttore-Capacitore (LC)
• Resonatori Ceramici
• Oscillatori al Quarzo
• Moduli Oscillatori a Cristallo
• Oscillatori MEMS
• Oscillatori al Silicone

Sebbene tu non stia cercando di costruire un oscillatore RC o LC da solo, ma stai invece leggendo questo articolo per informazioni sugli oscillatori preconfezionati che puoi semplicemente aggiungere a un circuito - inizierò parlando degli oscillatori RC e LC. È fondamentale capire come funzionano e quali possono essere i loro svantaggi, poiché molti circuiti integrati con oscillatori integrati utilizzano un circuito RC o LC. 

Comprendendo come funzionano, puoi capire meglio quando è appropriato usare l'oscillatore integrato e quando è opportuno aggiungere una fonte di orologio esterna. Se vuoi saperne di più sugli oscillatori e gli orologi, puoi facilmente costruire un oscillatore RC o LC su una breadboard e testarlo con un oscilloscopio. Prima di immergerci in questo, diamo un'occhiata rapida al confronto tra i tipi di oscillatore.

Confronto delle Prestazioni per Oscillatori

È importante notare, per la tabella sottostante, che ogni opzione dispone di una vasta varietà di dispositivi disponibili sul mercato. Prendendo in considerazione, ad esempio, gli oscillatori MEMS a frequenza fissa, le opzioni regolarmente disponibili in stock presso DigiKey variano tra 150 parti per milione fino a 50 parti per miliardo in termini di stabilità di frequenza. Questo ampio intervallo di stabilità di frequenza comporta anche un'ampia gamma di prezzi, quindi, mentre un tipo di oscillatore potrebbe offrire opzioni per una stabilità o precisione estremamente elevate su un ampio intervallo di temperature, ciò non significa che un'altra opzione possa non essere più economica per le tue esigenze di precisione. 

Come esempio estremo di ciò, l'oscillatore a cristallo Connor-Winfield OX200-SC-010.0M 10MHz VCOCXO ha una stabilità di frequenza di soli +/- 1,5 parti per miliardo. L'oscillatore atomico IQD Frequency Products LFRBXO059244BULK 10MHz è più di dieci volte il prezzo in quantità singole per la stessa stabilità di frequenza di +/- 1,5ppb. Nonostante ciò, ci saranno momenti in cui l'oscillatore atomico da $2000 sarà la scelta superiore per un oscillatore estremamente preciso. IQD Frequency Products produce anche un VCOCXO che ha una stabilità di frequenza sbalorditiva di +/- 1ppb su un intervallo di temperatura più ampio rispetto all'oscillatore atomico. A meno del doppio del prezzo del dispositivo Connor-Winfield in volumi di quantità singola, e ancora meno di dieci volte più economico rispetto all'opzione atomica. È incredibile per me che oggi possiamo avere fonti di orologio atomico facilmente reperibili, e ancora più pazzesco che possiamo avere un oscillatore a cristallo che è più preciso per una frazione del prezzo.

Oscillatori RC=rc>

Ora che abbiamo avuto una panoramica generale delle opzioni, passiamo direttamente all'oscillatore più basilare e ai principi che lo sottendono - l'oscillatore RC è uno che puoi facilmente costruire su una breadboard con componenti elettronici molto basilari. Un oscillatore RC (resistore-condensatore) è un tipo di oscillatore a retroazione che è costruito utilizzando resistori e condensatori, insieme a un dispositivo di amplificazione come un transistor o un amplificatore operazionale. Il dispositivo di amplificazione si retroalimenta nella rete RC, il che causa una retroazione positiva e genera oscillazioni ripetute.

La maggior parte dei microcontrollori e molti altri circuiti integrati digitali che richiedono un segnale di orologio per eseguire azioni contengono una rete oscillatore RC al loro interno per creare la loro fonte di orologio interna.

Principio di Funzionamento

La rete RC di un oscillatore RC sposta la fase del segnale di 180 gradi.

Il feedback positivo è necessario per spostare la fase del segnale di altri 180 gradi. Questo spostamento di fase ci dà quindi 180 + 180 = 360 di spostamento di fase, che è effettivamente lo stesso di 0 gradi. Pertanto, lo spostamento di fase totale del circuito deve essere di 0, 360 o un altro multiplo di 360 gradi. 

Possiamo utilizzare il fatto che uno spostamento di fase si verifica tra l'ingresso a una rete RC e l'uscita dalla stessa rete, utilizzando elementi RC interconnessi nel ramo di feedback. Nell'immagine sopra, possiamo vedere che ogni rete RC cascata fornisce un ritardo di tensione fuori fase di 60 gradi. Tre reti insieme producono uno spostamento di fase di 180 gradi.

Per le reti RC ideali, lo spostamento di fase massimo può essere di 90 gradi. Pertanto, per creare uno spostamento di fase di 180 gradi, gli oscillatori richiedono almeno due reti RC. Tuttavia, è difficile ottenere esattamente 90 gradi di spostamento di fase con ogni stadio della rete RC. Abbiamo bisogno di utilizzare più stadi di reti RC cascata insieme per produrre il valore richiesto e la frequenza di oscillazione desiderata.

Un network RC singolo puro o ideale produrrebbe uno sfasamento massimo di esattamente 90 gradi. Per l'oscillazione, richiediamo 180 gradi di sfasamento, quindi, per creare un oscillatore RC, dobbiamo utilizzare almeno due network a singolo polo. 

Lo sfasamento effettivo del network RC dipende dal valore del resistore e del condensatore scelti per la frequenza desiderata.

Accumulando diversi network RC, possiamo ottenere 180 gradi di sfasamento alla frequenza scelta. Questa cascata di network forma la base per l'oscillatore RC, altrimenti noto come Oscillatore a Sfasamento di Fase. Aggiungendo uno stadio di amplificazione che utilizza un transistor a giunzione bipolare o un amplificatore invertente, possiamo produrre uno sfasamento di 180 gradi tra il suo ingresso e l'uscita per fornire il pieno spostamento di 360 gradi indietro a 0 gradi che richiediamo, come menzionato sopra.

Schematica di Base dell'Oscillatore RC

Il circuito primario dell'Oscillatore RC produce un segnale di uscita a onda sinusoidale utilizzando il feedback rigenerativo ottenuto dalla rete a scala RC. Il feedback rigenerativo si verifica a causa della capacità del condensatore di immagazzinare una carica elettrica.

La rete di feedback Resistor Capacitor può essere connessa per produrre uno sfasamento in avanti (rete di avanzamento di fase) o può essere connessa per creare uno sfasamento indietro (rete di ritardo di fase). Uno o più resistori o condensatori del circuito di sfasamento RC possono essere modificati per modificare la frequenza della rete. Questo cambiamento può essere effettuato mantenendo i resistori invariati e utilizzando condensatori variabili perché la reattanza capacitiva varia con la frequenza. Tuttavia, per la nuova frequenza, potrebbe essere necessario regolare il guadagno di tensione dell'amplificatore.

Se scegliamo i resistori e i condensatori per le reti RC, allora la frequenza delle oscillazioni RC sarebbe:

R - Resistenza dei resistori di feedback
C - Capacitanza dei condensatori di feedback
N - Numero di reti RC collegate in cascata

Tuttavia, la combinazione della rete Oscillatore RC funziona come un attenuatore, e riduce il segnale di una certa quantità man mano che passa attraverso ogni stadio RC. Quindi il guadagno di tensione dello stadio dell'amplificatore dovrebbe essere sufficiente per ripristinare il segnale perso. 

Il circuito oscillatore RC più comune è un Op-Amp Phase-Lead RC Oscillator.

La rete RC deve essere collegata all'ingresso invertente dell'Op-Amp, rendendolo la configurazione dell'amplificatore invertente. La configurazione invertente fornisce uno sfasamento di 180 gradi in uscita, portando a un totale di 360 gradi combinati con le reti RC.

L'altra configurazione dell'oscillatore RC è l'oscillatore a sfasamento di fase con amplificatore operazionale.

Oscillatore LC

L'oscillatore LC o Induttore-Capacitore è un tipo di oscillatore che utilizza un circuito risonante per produrre feedback positivo per sostenere l'oscillazione. Lo schema contiene un induttore, un condensatore e anche un componente di amplificazione. 

Principio di Funzionamento

Il circuito risonante è un condensatore e un induttore collegati in parallelo, il diagramma sopra include anche l'interruttore e la fonte di tensione per facilitare la dimostrazione del principio di funzionamento quando l'interruttore collega il condensatore alla tensione di alimentazione, il condensatore si carica.

Quando l'interruttore collega il condensatore e l'induttore, il condensatore si scarica attraverso l'induttore. La corrente crescente attraverso l'induttore inizia a immagazzinare energia inducendo un campo elettromagnetico attorno alla bobina. 

Quando l'interruttore collega il condensatore e l'induttore, il condensatore si scarica attraverso l'induttore. La corrente crescente attraverso l'induttore inizia a immagazzinare energia inducendo un campo elettromagnetico attorno alla bobina. Dopo aver scaricato il condensatore, l'energia da esso si è trasferita nell'induttore come campo elettromagnetico. Man mano che il flusso di energia dal condensatore diminuisce, anche il flusso di corrente attraverso l'induttore diminuisce - ciò causa anche la caduta del campo elettromagnetico dell'induttore. A causa della induzione elettromagnetica, l'induttore creerà una FEM di ritorno, che è uguale a L(di/dt) in opposizione al cambiamento di corrente. Questa FEM di ritorno inizia quindi a caricare il condensatore. Una volta che il condensatore ha assorbito l'energia dal campo magnetico dell'induttore, l'energia è immagazzinata nuovamente come campo elettrostatico all'interno del condensatore.

Se avessimo un induttore e un condensatore ideali, questo circuito potrebbe generare le oscillazioni per sempre. Tuttavia, un condensatore ha perdite di corrente e gli induttori hanno resistenza. Nella realtà, tuttavia, le oscillazioni apparirebbero come di seguito, poiché l'energia viene persa. Questa perdita è chiamata smorzamento.

Se vogliamo sostenere le oscillazioni, dobbiamo compensare la perdita di energia dal circuito serbatoio attraverso l'aggiunta di componenti attivi al circuito, come transistor a giunzione bipolare, transistor ad effetto di campo elettrico o amplificatori operazionali. La funzione principale dei componenti attivi è quella di aggiungere il guadagno necessario, aiutare a generare un feedback positivo e compensare la perdita di energia.

Oscillatore a Collettore Accordato

L'oscillatore a collettore accordato è un trasformatore e un condensatore connessi in parallelo e commutati con un transistor. Questo circuito è lo schema più basilare di un oscillatore LC. La bobina primaria del trasformatore e il condensatore formano il circuito serbatoio, con la bobina secondaria che fornisce feedback positivo, il quale restituisce parte dell'energia prodotta dal circuito serbatoio alla base del transistor.

Oscillatore di Colpitts

Un oscillatore di Colpitts è un oscillatore a serbatoio LC molto comune nelle applicazioni RF. È adatto per applicazioni fino a diverse centinaia di megahertz. Questo circuito consiste in due condensatori in serie, che formano un divisore di tensione, il quale fornisce feedback al transistor, con un induttore in parallelo. Sebbene questo oscillatore sia relativamente stabile, può essere difficile da sintonizzare ed è spesso implementato con un circuito a seguito di emettitore in modo da non caricare la rete risonante.

Oscillatore di Clapp

Per superare le difficoltà di sintonizzazione dell'oscillatore di Colpitts su una specifica frequenza in produzione, viene spesso aggiunto un condensatore variabile in serie con l'induttore, formando un Oscillatore di Clapp. Questa modifica permette al circuito di essere sintonizzato durante la produzione e la manutenzione sulla frequenza specifica richiesta. Sfortunatamente, questo tipo di oscillatore LC è ancora piuttosto sensibile alle fluttuazioni di temperatura e alla capacità parassita.

Risonatore Ceramico

Il materiale ceramico piezoelettrico con due o più elettrodi metallici (tipicamente 3) costituisce la base di un risonatore ceramico. In un circuito elettronico, l'elemento piezoelettrico risuona meccanicamente, generando un segnale oscillante di una frequenza specifica - come un diapason. I risonatori ceramici hanno un costo basso; tuttavia, la tolleranza di frequenza dei risonatori ceramici è solo di circa 2500 - 5000 ppm. Questa tolleranza dello 0,25% allo 0,5% della frequenza target non è adatta per applicazioni di precisione, ma possono rappresentare un notevole risparmio di costi dove l'assoluta accuratezza non è richiesta.

Con frequenze da sotto 1kHz a oltre 1GHz, esiste una gamma di materiali diversi e modi di vibrazione che i risonatori ceramici utilizzano. Può essere essenziale comprendere il metodo di risonanza utilizzato in un dispositivo che si sta inserendo nel proprio progetto. Fattori ambientali come vibrazioni e shock potrebbero impattare la funzione del risonatore all'interno del proprio circuito.

Oscillatore al Quarzo

L'oscillatore a quarzo è il tipo più comune di oscillatore a cristallo presente sul mercato. Dove precisione e stabilità sono fondamentali, la scelta primaria ricade sugli oscillatori a cristallo e le loro varianti. La stabilità di un oscillatore a cristallo è misurata in ppm (parti per milione), e può variare da circa lo 0,01% allo 0,0001% in un intervallo di temperatura da -20 a +70 gradi Celsius, a seconda del dispositivo specifico. La stabilità di un oscillatore RC può al massimo essere dello 0,1% e quella di un LC dello 0,01%, ma tipicamente si aggirano intorno al 2% e sono molto sensibili ai cambiamenti di temperatura. Un cristallo di quarzo può oscillare con un consumo di energia molto basso per mantenerlo attivato rispetto a molti altri oscillatori, rendendoli perfetti per applicazioni a basso consumo. 

Quando il cristallo è eccitato da uno shock, sia per una compressione fisica che, nel nostro caso, per una tensione applicata, vibrerà meccanicamente a una frequenza specifica. Questa vibrazione continuerà per un certo tempo, generando una tensione alternata tra i suoi terminali. Questo comportamento è l'effetto piezoelettrico, lo stesso di un risonatore ceramico. In confronto a un circuito LC, l'oscillazione del cristallo dopo l'eccitazione iniziale durerà più a lungo — risultato dell'alto valore Q naturale del cristallo. Per un cristallo di quarzo di alta qualità, un Q di 100.000 non è raro. I circuiti LC tipicamente hanno un Q di circa qualche centinaio. Tuttavia, anche con un Q molto più alto, non possono risuonare per sempre. Ci sono perdite dalla vibrazione meccanica, quindi è necessario un circuito di amplificazione come gli oscillatori RC e LC. Per la maggior parte dei dispositivi che prenderanno una sorgente di clock esterna al cristallo, questo sarà integrato nel dispositivo, e gli unici componenti elettronici aggiuntivi richiesti sono i condensatori di carico. I condensatori di carico sono essenziali; se la capacità di questi è incorretta, l'oscillatore non sarà stabile. Tipicamente, il datasheet per l'oscillatore conterrà valori suggeriti, o fornirà un'equazione per calcolare il valore corretto per il tuo circuito.

Altre cose da considerare:

1. Posiziona sia i condensatori che il quarzo il più vicino possibile all'MCU
2. Usa tracce il più corte e larghe possibile per prevenire la induttanza parassita.

Ci sono molte varianti dell'oscillatore a cristallo; tuttavia, oltre a un tipico cristallo, o "XO", solitamente utilizzerai le altre opzioni solo per applicazioni specializzate. Questi oscillatori specializzati possono essere molto costosi e avere oscillazioni incredibilmente stabili e precise in ambienti estremamente sfidanti dove è richiesta assoluta precisione. La stragrande maggioranza dei progetti non avrà bisogno di nulla oltre a un TCXO dalla lista sottostante, ma potresti trovarli interessanti da ricercare ulteriormente. 

Questa lista proviene da Wikipedia:

• ATCXO — Oscillatore a cristallo controllato analogicamente in temperatura
• CDXO — Oscillatore a doppio cristallo calibrato
• DTCXO — Oscillatore a cristallo compensato digitalmente in temperatura
• EMXO — Oscillatore a cristallo miniaturizzato evacuato
• GPSDO — Oscillatore disciplinato dal sistema di posizionamento globale
• MCXO — Microcomputer-compensato oscillatore a cristallo
• OCVCXO — oscillatore a cristallo controllato da forno e regolato in tensione
• OCXO — Oscillatore a cristallo controllato da forno
• RbXO — Rubidio oscillatori a cristallo (RbXO), un oscillatore a cristallo (può essere un MCXO) sincronizzato con uno standard di rubidio integrato che viene attivato solo occasionalmente per risparmiare energiaTCVCXO — Oscillatore a cristallo compensato in temperatura e regolato in tensione
• TCXO — Oscillatore a cristallo compensato in temperaturaTMXO – Oscillatore a cristallo tattico miniaturizzato
• TSXO — Oscillatore a cristallo sensibile alla temperatura, un'adattamento del TCXO
• VCTCXO — Oscillatore a cristallo compensato in temperatura e regolato in tensione
• VCXO — Oscillatore a cristallo regolato in tensione
• Moduli Oscillatore a Cristallo

  Supponiamo che tu stia cercando una fonte di orologio precisa per un'applicazione che non dispone della circuiteria di amplificazione necessaria per utilizzare un oscillatore a cristallo. In tal caso, un modulo oscillatore potrebbe essere una soluzione ottimale. Questi moduli hanno tutta la circuiteria necessaria integrata per fornire un orologio amplificato e bufferizzato per qualsiasi applicazione tu richieda. Come per molti dispositivi completamente integrati, si paga per la comodità, i prezzi sono tipicamente molto più alti rispetto all'oscillatore a cristallo stesso, e hanno un'ingombro maggiore. Nonostante ciò, possono comunque essere più piccoli rispetto alla costruzione di circuiteria di amplificazione e bufferizzazione dell'oscillatore e non ci sono preoccupazioni riguardo alla stabilità.

  La maggior parte dei moduli oscillatore ha un cristallo e un cancello inverter CMOS, utilizzando un circuito oscillatore di Pierce. Sebbene gli inverter CMOS siano meno stabili e abbiano un consumo di energia più elevato rispetto agli oscillatori basati su transistor, i cancelli basati su inverter CMOS sono facili e completamente utilizzabili in molte applicazioni. 

  Oscillatori MEMS

  Gli oscillatori MEMS o sistemi microelettromeccanici microelectromechanical system sono dispositivi di temporizzazione precisi basati sulla tecnologia MEMS, e rappresentano una tecnologia relativamente nuova. Gli oscillatori MEMS sono composti da risonatori MEMS, OpAmps, e componenti elettronici aggiuntivi per impostare o regolare le loro frequenze di uscita. Gli oscillatori MEMS spesso includono loop a fase bloccata che producono frequenze di uscita selezionabili o programmabili.

  Il funzionamento dei risonatori MEMS è simile a un minuscolo diapason che suona ad alte frequenze. Poiché i dispositivi MEMS sono piccoli, possono suonare a frequenze molto alte, con le loro strutture risonanti sintonizzate che producono frequenze che vanno da decine di kHz a centinaia di MHz. 

  I risonatori MEMS sono azionati meccanicamente e si dividono in due categorie: elettrostatici e piezoelettrici. Principalmente, gli oscillatori MEMS utilizzeranno la trasduzione elettrostatica, poiché i risonatori a trasduzione piezoelettrica non sono sufficientemente stabili. I risonatori MEMS a trasduzione piezoelettrica trovano impiego nelle applicazioni di filtraggio.

  Uno dei principali vantaggi degli oscillatori MEMS è che possono essere utilizzati per carichi multipli, sostituendo più oscillatori a cristallo all'interno di un circuito. Questa caratteristica può offrire una riduzione significativa dei costi e dello spazio occupato sul circuito stampato dai circuiti oscillatori. Rispetto ad altri circuiti oscillatori, anche quelli a cristallo, il consumo di energia dei dispositivi MEMS è estremamente basso a causa del minore assorbimento di corrente del nucleo. Il basso consumo di energia può permettere ai dispositivi alimentati a batteria di funzionare per un tempo sostanzialmente più lungo, o eliminare la necessità di spegnere il circuito oscillatore principale per risparmiare energia. Gli oscillatori MEMS, a differenza di altri oscillatori, non richiedono componenti esterni per funzionare, offrendo ulteriori risparmi di spazio e costi. I primi oscillatori MEMS hanno avuto qualche problema con la stabilità, e sul mercato sono disponibili opzioni con una stabilità di frequenza di +/- 8 parti per miliardo, se si è disposti a pagare per essa.  

  Oscillatori al Silicio

  Come menzionato all'inizio dell'articolo, molti dispositivi hanno oscillatori integrati nel loro silicio. Gli oscillatori di silicio sono per lo più uguali, solo in un pacchetto separato. Questo circuito integrato ti offre un circuito oscillatore RC completo costruito in silicio. Fornisce un migliore abbinamento e compensazione di quanto tipicamente si possa realizzare per un costo simile utilizzando componenti passivi, in un pacchetto più piccolo. Gli oscillatori di silicio possono essere un grande vantaggio per dispositivi che subiranno urti o esperienze di vibrazioni, poiché non hanno elementi meccanicamente risonanti. Sui siti web della maggior parte dei fornitori, li troverai sotto la categoria Circuiti Integrati piuttosto che quella degli Oscillatori.

  Oltre ai vantaggi rispetto ad altri oscillatori in ambienti difficili, un oscillatore di silicio è tipicamente programmabile. Le opzioni di programmazione dipendono dal dispositivo specifico; tuttavia, una resistenza di impostazione della frequenza o un'interfaccia SPI/I2C sono comuni. Sebbene gli oscillatori di silicio abbiano solitamente un errore di frequenza relativamente scarso, circa 1-2%, sono compatti e richiedono solo un condensatore di bypass per l'alimentazione. Possono essere un'alternativa a basso costo ad altri tipi di oscillatori in applicazioni non di precisione.

  Riassunto

  Scegliere la fonte di clock ottimale non è facile. Ci sono molti fattori, come la stabilità generale, la sensibilità alle variazioni di temperatura, vibrazione, umidità, EMI, costo, dimensioni, consumo di energia, layout sofisticato e componenti aggiuntivi. 

  Ci sono molte applicazioni dove gli oscillatori integrati RC o a silicio sono adatti poiché queste applicazioni non richiedono un'accuratezza aggiuntiva. Utilizzare un oscillatore interno può risparmiare tempo di progettazione, costi e ridurre il rischio ingegneristico. Tuttavia, le applicazioni moderne richiedono sempre più spesso un'alta accuratezza, che richiede l'uso di un oscillatore esterno, come quelli a cristallo di quarzo, ceramici o MEMS.

  Ad esempio, l'USB ad alta velocità richiede una precisione di frequenza minima dello 0,25%, mentre alcune altre comunicazioni esterne possono funzionare correttamente con fonti di clock del 5%, 10% o addirittura del 20% di stabilità. Altre bus ad alta velocità e applicazioni RF spesso richiedono una precisione di frequenza molto maggiore rispetto all'USB.

  Il consumo di energia degli oscillatori per microcontrollori dipende dalla corrente di alimentazione dell'amplificatore di feedback e dai valori di capacità utilizzati. Il consumo di energia di questi amplificatori dipende principalmente dalla frequenza, quindi se vuoi progettare un dispositivo a bassissimo consumo, considera di ridurre la tua frequenza di clock al minimo a cui il tuo dispositivo può ancora completare il suo lavoro. Spesso troverai che un microcontrollore ha molti cicli di clock inutilizzati, tutti i quali consumano energia non necessaria.

  I circuiti con resonatori ceramici specificano tipicamente valori di capacità di carico maggiori rispetto ai circuiti a cristallo e assorbono ancora più corrente di un circuito a cristallo che utilizza lo stesso amplificatore. In confronto, i moduli oscillatori a cristallo di solito assorbono tra 10mA e 60mA di corrente di alimentazione a causa delle funzioni di compensazione della temperatura e controllo incluse.

  Ci sono molti tipi di oscillatori disponibili sul mercato, ognuno con i propri pro e contro. Per applicazioni di uso generale dove la tempistica precisa non è assolutamente critica, puoi usare quasi qualsiasi dispositivo o circuito oscillatore che soddisfi le esigenze di frequenza. Per circuiti di maggiore precisione potresti voler considerare dispositivi di costo superiore come gli oscillatori MEMS che possono offrire stabilità di frequenza nell'ordine dei parti per miliardo anche su un ampio intervallo di temperatura, tuttavia, aspettati di pagare decine o centinaia di dollari per ogni oscillatore.

  Se stai costruendo un controller per LED o circuiti simili che necessitano solo di un microcontrollore per eseguire del codice di gestione o interfaccia utente, l'oscillatore RC integrato ti fornirà tutto ciò di cui hai bisogno. Supponi di lavorare su un sommergibile per esplorazioni in acque profonde che può tracciare con precisione la sua posizione. In tal caso, un oscillatore che ha una stabilità di solo poche parti per miliardo su un ampio intervallo di temperature potrebbe essere il minimo indispensabile. Più desideri integrare strettamente i dati dei sensori, o più stretta vuoi che sia la banda da utilizzare per le comunicazioni radio, più stabile deve essere il tuo oscillatore. Supponi di moltiplicare sostanzialmente la tua frequenza, ad esempio. In tal caso, se stai creando un segnale in gigahertz da un oscillatore in megahertz, più stabile avrai bisogno che l'oscillatore sia, poiché qualsiasi errore verrà amplificato.

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