오실레이터란 무엇인가? 알아야 할 모든 것

최근에 제작된 거의 모든 인쇄 회로 기판에는 어떤 형태의 오실레이터가 있으며, 대부분의 집적 회로에도 오실레이터가 포함되어 있습니다. 오실레이터가 무엇인지 궁금해하실 수도 있습니다. 오실레이터는 주기적인 전자 신호를 생성하는 필수 구성 요소로, 일반적으로 사인파나 사각파입니다. 오실레이터는 DC 신호를 주기적인 AC 신호로 변환하여 주파수를 설정하거나 오디오 애플리케이션에 사용하거나 클록 신호로 사용할 수 있습니다. 모든 마이크로컨트롤러와 마이크로프로세서는 기능을 수행하기 위해 클록 신호를 설정하는 오실레이터가 필요합니다. 일부 장치에는 내장형 오실레이터가 있고, 일부는 외부 오실레이터가 필요하며, 또 다른 일부는 정확도가 낮은 내부 오실레이터와 외부 신호를 제공할 수 있는 옵션이 함께 있습니다.

전자 장치는 클록 신호를 시간의 참조로 사용하여 일관되게 작업을 수행할 수 있습니다. 다른 장치는 오실레이터의 신호를 사용하여 다른 주파수를 생성하여 오디오 기능을 제공하거나 라디오 신호를 생성할 수 있습니다.

오실레이터의 다양한 유형과 그 기능을 이해하는 것은 프로젝트에 적합한 오실레이터를 선택할 수 있게 해줍니다. 라디오 신호를 생성하려고 한다면, 다른 장치에 필요한 것보다 훨씬 더 정확한 오실레이터가 필요할 것입니다. 오실레이터는 프로젝트에서 쉽게 간과될 수 있는 것으로, 단순히 데이터시트에 명시된 주파수 범위 내에 있고 보드 공간 및 비용 요구 사항에 맞는 아무 오실레이터나 선택하는 태도를 취할 수 있습니다. 그러나 PCB의 전력 요구 사항, 보드 부동산 및 필요한 주파수 정밀도에 따라 선택에 훨씬 더 많은 것이 있을 수 있습니다. 일부 오실레이터는 마이크로암페어 또는 그보다 적은 전력으로 작동하는 반면, 일부는 여러 암페어의 전력이 필요합니다.

오실레이터는 주로 두 가지 범주로 나뉩니다: 조화와 이완. 조화 오실레이터는 사인파 형태의 파형을 생성하며, RC, LC, 탱크 회로, 세라믹 공진기, 결정 오실레이터 모두 이 범주에 속합니다.

이 글에서는 다음을 살펴볼 것입니다:

• 저항기-커패시터 발진기(RC)
• 인덕터-커패시터 발진기(LC)
• 세라믹 공진기
• 석영 발진기
• 크리스탈 발진기 모듈
• MEMS 발진기
• 실리콘 발진기

RC나 LC 발진기를 직접 만들고자 하는 것이 아니라, 회로에 그냥 추가할 수 있는 패키지된 발진기에 대한 정보를 찾고 있다면, 저는 RC와 LC 발진기에 대해 먼저 이야기를 시작할 것입니다. 그들이 어떻게 작동하는지, 그리고 어떤 단점이 있을 수 있는지를 이해하는 것이 중요합니다. 왜냐하면 많은 집적회로(IC)가 RC나 LC 회로를 사용한 통합 발진기를 사용하기 때문입니다. 

그들이 어떻게 작동하는지 이해함으로써, 통합 발진기를 사용할 때와 외부 클록 소스를 추가할 때를 더 잘 판단할 수 있습니다. 발진기와 클록에 대해 더 알고 싶다면, 브레드보드에 RC나 LC 발진기를 쉽게 만들어 오실로스코프로 테스트해 볼 수 있습니다. 그에 앞서, 각 발진기 유형별 비교를 빠르게 살펴보겠습니다.

발진기의 성능 비교

아래 표에 대해 언급할 가치가 있는 것은 각 옵션에 시장에 다양한 장치가 많이 있다는 것입니다. 예를 들어, 고정 주파수 MEMS 발진기를 살펴보면, DigiKey에서 정기적으로 재고되는 옵션은 주파수 안정성 측면에서 백만 분의 150부터 십억 분의 50까지 다양합니다. 이렇게 광범위한 주파수 안정성은 가격 범위도 매우 넓게 가져오므로, 한 종류의 발진기가 넓은 온도 범위에서 매우 높은 안정성이나 정밀도를 제공할 수 있는 옵션이 있더라도, 다른 옵션이 귀하의 정밀도 요구 사항에 더 저렴할 수도 있음을 의미하지 않습니다. 

이것의 극단적인 예로, Connor-Winfield OX200-SC-010.0M 10MHz VCOCXO는 +/- 1.5 parts per billion의 주파수 안정성을 가진 크리스탈 발진기입니다. IQD Frequency Products LFRBXO059244BULK 10MHz 원자 발진기는 동일한 +/- 1.5ppb 주파수 안정성에 대해 단일 단위 수량으로 가격이 열 배 이상입니다. 그럼에도 불구하고, $2000 원자 발진기가 극도로 정밀한 발진기에 있어 우수한 선택이 될 때가 있습니다. IQD Frequency Products는 원자 발진기보다 넓은 온도 범위에서 +/- 1ppb의 놀라운 주파수 안정성을 가진 VCOCXO도 만듭니다. 단일 수량 볼륨에서 Connor-Winfield 장치의 두 배 미만 가격이며, 여전히 원자 옵션보다 열 배 더 저렴합니다. 오늘날 원자 시계 소스를 쉽게 구할 수 있다는 것이 놀랍고, 가격의 일부에 더 정밀한 크리스탈 발진기를 가질 수 있다는 것이 더 놀랍습니다.

RC 발진기=rc>

이제 옵션에 대한 일반적인 개요를 살펴보았으니 가장 기본적인 발진기와 그 원리에 대해 바로 알아보겠습니다. - RC 발진기는 매우 기본적인 전자 부품으로 빵판 위에서 쉽게 구축할 수 있는 발진기입니다. RC 발진기(저항-커패시터)는 저항기와 커패시터를 사용하여 구축된 피드백 발진기의 한 유형으로, 트랜지스터나 연산 증폭기와 같은 증폭 장치를 사용합니다. 증폭 장치는 RC 네트워크로 피드백되어 긍정적인 피드백을 유발하고 반복적인 진동을 생성합니다.

대부분의 마이크로컨트롤러와 많은 다른 디지털 IC들은 동작을 수행하기 위해 클록 신호가 필요하며 내부 클록 소스를 생성하기 위해 RC 발진기 네트워크를 포함하고 있습니다.

작동 원리

RC 발진기의 RC 네트워크는 신호의 위상을 180도 이동시킵니다.

신호의 위상을 다른 180도로 이동시키기 위해서는 긍정적인 피드백이 필요합니다. 이 위상 이동은 우리에게 180 + 180 = 360도의 위상 이동을 제공하는데, 이는 실질적으로 0도와 같습니다. 따라서, 회로의 총 위상 이동은 0, 360, 또는 360도의 다른 배수가 되어야 합니다. 

RC 네트워크의 입력과 동일한 네트워크의 출력 사이에 위상 이동이 발생한다는 사실을 이용할 수 있습니다. 피드백 분기에서 상호 연결된 RC 요소를 사용함으로써 가능합니다. 위의 그림에서, 우리는 각각의 연속된 RC 네트워크가 60도의 위상 전압 지연을 제공한다는 것을 볼 수 있습니다. 세 네트워크가 함께 180도의 위상 이동을 생성합니다.

이상적인 RC 네트워크의 경우, 최대 위상 이동은 90도가 될 수 있습니다. 따라서, 180도의 위상 이동을 생성하기 위해서는 적어도 두 개의 RC 네트워크가 필요합니다. 그러나, 각 RC 네트워크 단계로 정확히 90도의 위상 이동을 달성하는 것은 도전적입니다. 필요한 값과 원하는 발진 주파수를 생성하기 위해 더 많은 RC 네트워크 단계를 연속적으로 사용해야 합니다.

순수하거나 이상적인 단극 RC 네트워크는 정확히 90도의 최대 위상 변화를 생성할 것입니다. 발진을 위해서는 180도의 위상 변화가 필요하므로, RC 발진기를 만들기 위해 적어도 두 개의 단극 네트워크를 사용해야 합니다. 

RC 네트워크의 실제 위상은 원하는 주파수에 대해 선택된 저항기와 커패시터 값에 따라 달라집니다.

여러 RC 네트워크를 연속적으로 연결함으로써, 선택한 주파수에서 180도의 위상 변화를 얻을 수 있습니다. 이 네트워크의 연속은 RC 발진기로 알려진 위상 변위 발진기의 기초를 형성합니다. 양극 접합 트랜지스터나 반전 증폭기를 사용하는 증폭 단계를 추가함으로써, 입력과 출력 사이에 180도의 위상 변화를 생성하여 위에서 언급한 것처럼 필요한 전체 360도 변화를 0도로 되돌릴 수 있습니다.

기본 RC 발진기 회로도

기본 RC 발진기 회로는 RC 사다리 네트워크에서 얻은 재생성 피드백을 사용하여 사인파 출력 신호를 생성합니다. 재생성 피드백은 커패시터가 전기적 충전을 저장할 수 있는 능력 때문에 발생합니다.

저항기 커패시터 피드백 네트워크는 선행 위상 이동(위상 전진 네트워크)을 생성하도록 연결되거나 지연 위상 이동(위상 지연 네트워크)을 생성하도록 연결될 수 있습니다. RC 위상 이동 회로에서 하나 이상의 저항기 또는 커패시터를 변경하여 네트워크의 주파수를 수정할 수 있습니다. 이 변경은 저항기를 동일하게 유지하고 용량성 리액턴스가 주파수에 따라 변하기 때문에 가변 커패시터를 사용하여 이루어질 수 있습니다. 그러나 새로운 주파수에 대해서는 증폭기의 전압 이득을 조정해야 할 수도 있습니다.

RC 네트워크에 대한 저항기와 커패시터를 선택하면 RC 진동의 주파수는 다음과 같습니다:

R - 피드백 저항기의 저항
C - 피드백 커패시터의 용량
N - 연속된 RC 네트워크의 수

그러나 RC 발진기 네트워크의 조합은 감쇠기로 작용하며, 각 RC 단계를 통과할 때마다 일정량의 신호를 감소시킵니다. 따라서 증폭기 단계의 전압 이득은 손실된 신호를 복원하기에 충분해야 합니다. 

더 일반적인 RC 발진기 회로는 Op-Amp 위상-선행 RC 발진기입니다.

RC 네트워크는 반전 입력에 연결되어야 하며, 이는 반전 증폭기 구성을 만듭니다. 반전 구성은 출력에서 180도의 위상 이동을 제공하여 RC 네트워크와 결합하여 총 360도를 이끕니다.

RC 발진기의 다른 구성은 연산 증폭기 위상 지연 발진기입니다.

LC 발진기

LC 또는 인덕터-캐패시터 발진기는 탱크 회로를 사용하여 발진을 지속하기 위한 양의 피드백을 생성하는 발진기 유형입니다. 회로도에는 인덕터, 캐패시터 및 증폭 구성 요소도 포함되어 있습니다. 

작동 원리

탱크 회로는 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터이며, 위의 다이어그램에는 작동 원리를 시연하기 위해 스위치와 전압원도 포함되어 있습니다. 스위치가 캐패시터를 전압 공급원에 연결하면 캐패시터가 충전됩니다.

스위치가 캐패시터와 인덕터를 연결하면, 캐패시터는 인덕터를 통해 방전됩니다. 인덕터를 통한 증가하는 전류는 코일 주변에 전자기장을 유도하여 에너지를 저장하기 시작합니다. 

스위치가 커패시터와 인덕터를 연결하면, 커패시터는 인덕터를 통해 방전됩니다. 인덕터를 통한 전류의 증가는 코일 주변에 전자기장을 유도함으로써 에너지를 저장하기 시작합니다. 커패시터가 방전된 후, 그 에너지는 전자기장으로서 인덕터에 전달됩니다. 커패시터로부터의 에너지 흐름이 감소함에 따라, 인덕터를 통한 전류 흐름도 감소합니다 - 이는 인덕터의 전자기장이 떨어지게 합니다. 전자기 유도로 인해, 인덕터는 전류 변화에 반대하는 L(di/dt)와 같은 역기전력을 생성합니다. 이 역기전력은 그 다음 커패시터를 충전하기 시작합니다. 커패시터가 인덕터의 자기장으로부터 에너지를 흡수하면, 에너지는 다시 커패시터 내에 정전기장으로 저장됩니다.

이상적인 인덕터와 커패시터가 있다면, 이 회로는 영원히 진동을 생성할 수 있습니다. 그러나, 커패시터는 전류 누설이 있고 인덕터는 저항을 가집니다. 실제로는, 에너지가 손실되면서 아래와 같이 진동이 나타납니다. 이 손실을 감쇠라고 합니다.

진동을 유지하려면 탱크 회로에서 에너지 손실을 보상하기 위해 바이폴라 접합 트랜지스터, 전기장 효과 트랜지스터 또는 운영 증폭기와 같은 활성 구성 요소를 회로에 추가해야 합니다. 활성 구성 요소의 주요 기능은 필요한 이득을 추가하고, 긍정적인 피드백을 생성하며, 에너지 손실을 보상하는 것입니다.

조율된 콜렉터 발진기

조율된 콜렉터 발진기는 변압기와 커패시터가 병렬로 연결되어 트랜지스터로 스위칭되는 회로입니다. 이 회로는 가장 기본적인 LC 발진기 회로도입니다. 변압기의 1차 코일과 커패시터는 탱크 회로를 형성하며, 2차 코일은 긍정적인 피드백을 제공하여 탱크 회로에서 생성된 일부 에너지를 트랜지스터의 베이스로 반환합니다.

콜피츠 발진기

콜피츠 발진기는 RF 응용 분야에서 매우 흔하게 사용되는 LC 탱크 발진기입니다. 수백 메가헤르츠에 이르는 응용 프로그램에 적합합니다. 이 회로는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터로 구성되어 전압 분배기를 형성하며, 이는 트랜지스터에 피드백을 제공하고, 병렬로 연결된 인덕터가 있습니다. 이 발진기는 비교적 안정적이지만, 조정하기 어렵고 공진 네트워크에 부하를 주지 않기 위해 종종 에미터 팔로워 회로로 구현됩니다.

클랩 발진기

생산 중에 콜피츠 발진기를 특정 주파수로 조정하는 데 어려움을 극복하기 위해, 인덕터와 직렬로 가변 커패시터를 추가하여 클랩 발진기를 형성하는 경우가 종종 있습니다. 이 수정은 회로를 생산 및 서비스 중에 필요한 특정 주파수로 조정할 수 있게 합니다. 불행히도, 이 유형의 LC 발진기는 여전히 온도 변화와 기생 커패시턴스에 매우 민감합니다.

세라믹 공진기

세라믹 공진기의 기본은 두 개 이상의 금속 전극(일반적으로 3개)이 있는 압전 세라믹 재료로 구성됩니다. 전자 회로에서, 압전 요소는 기계적으로 공진하여 특정 주파수의 진동 신호를 생성합니다 - 튜닝 포크처럼. 세라믹 공진기는 저렴하지만, 세라믹 공진기의 주파수 허용 오차는 대략 2500 - 5000 ppm입니다. 이러한 0.25%에서 0.5%의 목표 주파수 허용 오차는 정밀 응용에는 적합하지 않지만, 절대 정확도가 필요하지 않은 곳에서는 상당한 비용 절감이 될 수 있습니다.

1kHz 이하에서 1GHz를 넘어서는 주파수에 이르기까지, 세라믹 공진기가 사용하는 다양한 재료와 진동 모드가 있습니다. 디자인에 통합하는 장치에서 사용되는 공진 방법을 이해하는 것이 중요할 수 있습니다. 진동 및 충격과 같은 환경적 요인은 회로 내의 공진기 기능에 영향을 줄 수 있습니다.

석영 발진기

쿼츠 발진기는 시장에서 가장 일반적인 종류의 크리스탈 발진기입니다. 정확성과 안정성이 중요한 경우, 주로 선택되는 것은 크리스탈 발진기와 그 변형입니다. 크리스탈 발진기의 안정성은 ppm(백만 분의 일) 단위로 측정되며, 특정 장치에 따라 -20에서 +70 섭씨 사이에서 0.01%에서 0.0001% 사이의 안정성을 가질 수 있습니다. RC 발진기의 안정성은 최대 0.1%이고 LC는 0.01%일 수 있지만, 일반적으로 약 2% 정도이며 온도 변화에 매우 민감합니다. 쿼츠 크리스탈은 활성 상태를 유지하기 위해 필요한 전력이 다른 많은 발진기에 비해 매우 적어 저전력 응용 프로그램에 완벽합니다. 

물리적 압축이나 우리의 경우에는 적용된 전압에 의해 결정체가 충격을 받으면 특정 주파수에서 기계적으로 진동하게 됩니다. 이 진동은 일정 시간 동안 계속되어, 그 양단 사이에 교류 전압을 생성합니다. 이 현상은 세라믹 공진기와 같은 압전 효과입니다. LC 회로와 비교할 때, 초기 흥분 후 결정체의 진동은 더 오래 지속됩니다 — 결정체의 자연적으로 높은 Q 값의 결과입니다. 고품질의 석영 결정체의 경우, Q 값이 100,000에 이르는 것은 드문 일이 아닙니다. LC 회로는 일반적으로 몇 백 정도의 Q 값을 가집니다. 그러나 훨씬 더 높은 Q에도 불구하고, 영원히 공진할 수는 없습니다. 기계적 진동으로 인한 손실이 있기 때문에, RC 및 LC 발진기와 같은 증폭 회로가 필요합니다. 외부 결정 클록 소스를 사용할 대부분의 장치의 경우, 이는 장치에 통합되어 있으며, 필요한 추가 전자 부품은 부하 커패시터뿐입니다. 부하 커패시터는 필수적입니다; 이 커패시터의 용량이 정확하지 않으면 발진기가 안정되지 않습니다. 일반적으로 발진기의 데이터시트에는 제안된 값이 포함되어 있거나, 회로에 적합한 값을 계산하기 위한 방정식을 제공합니다.

고려해야 할 다른 사항들:

1. 커패시터와 석영 크리스탈을 MCU에 가능한 한 가까이 배치하세요
2. . 가능한 한 짧고 넓은 트레이스를 사용하여 기생 인덕턴스를 방지하세요.

크리스탈 발진기에는 여러 가지 변형이 있지만, 일반적인 크리스탈이나 "XO"를 넘어서 다른 옵션을 사용하는 경우는 특수한 용도로 제한됩니다. 이러한 특수 발진기는 매우 비싸며 절대적인 정밀도가 요구되는 놀랍도록 도전적인 환경에서 놀라울 정도로 안정적이고 정밀한 진동을 제공할 수 있습니다. 대부분의 프로젝트는 아래 목록에서 TCXO 이상을 필요로 하지 않겠지만, 추가로 연구해 보는 것이 흥미로울 수 있습니다. 

이 목록은 위키피디아에서 가져왔습니다:

• ATCXO — 아날로그 온도 제어 크리스탈 발진기
• CDXO — 교정된 이중 크리스탈 발진기
• DTCXO — 디지털 온도 보상 크리스탈 발진기
• EMXO — 진공 소형 크리스탈 발진기
• GPSDO — 글로벌 포지셔닝 시스템 규제 발진기
• MCXO — 마이크로컴퓨터-보상 크리스탈 발진기
• OCVCXO — 오븐 제어 전압 제어 크리스탈 발진기
• OCXO — 오븐 제어 크리스탈 발진기
• RbXO — 루비듐 크리스탈 발진기(RbXO), 내장된 루비듐 표준과 동기화된 크리스탈 발진기(마이크로컴퓨터 보상 크리스탈 발진기일 수 있음)으로, 전력을 절약하기 위해 가끔만 작동
• TCVCXO — 온도 보상 전압 제어 크리스탈 발진기
• TCXO — 온도 보상 크리스탈 발진기
• TMXO – 전술 소형 크리스탈 발진기
• TSXO — 온도 감지 크리스탈 발진기, TCXO의 변형
• VCTCXO — 전압 제어 온도 보상 크리스탈 발진기
• VCXO — 전압 제어 크리스탈 발진기

크리스탈 발진기 모듈

크리스탈 발진기를 사용할 수 있는 증폭 회로가 없는 애플리케이션에 정확한 클록 소스를 찾고 있다면, 발진기 모듈이 좋은 해결책이 될 수 있습니다. 이러한 모듈에는 필요한 애플리케이션에 증폭되고 버퍼링된 클록을 제공하기 위한 모든 필수 회로가 내장되어 있습니다. 많은 완전히 통합된 장치와 마찬가지로, 편리함에 대한 비용을 지불하게 되며, 가격은 일반적으로 크리스탈 발진기 자체보다 훨씬 높으며, 더 큰 발자국을 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 발진기 증폭 및 버퍼 회로를 구축하는 것보다 여전히 작을 수 있으며 안정성에 대한 걱정이 없습니다.

대부분의 발진기 모듈에는 피어스 발진기 회로를 사용하는 크리스탈과 CMOS 인버터 게이트가 있습니다. CMOS 인버터는 트랜지스터 기반 발진기보다 안정성이 떨어지고 전력 소비가 더 높지만, CMOS 인버터 기반 게이트는 많은 애플리케이션에서 쉽고 완전히 사용 가능합니다. 

MEMS 발진기

MEMS 또는 마이크로전자기계 시스템 발진기는 MEMS 기술을 기반으로 한 정밀 타이밍 장치이며, 상대적으로 새로운 기술입니다. MEMS 발진기는 MEMS 공진기, OpAmps, 및 출력 주파수를 설정하거나 조정하기 위한 추가 전자 부품으로 구성됩니다. MEMS 발진기는 종종 선택 가능하거나 프로그래밍 가능한 출력 주파수를 생성하는 위상 고정 루프를 포함합니다.

MEMS 공진기의 작동 원리는 고주파에서 울리는 작은 튜닝 포크와 유사합니다. MEMS 장치는 작기 때문에 매우 고주파에서 울릴 수 있으며, 조율된 공진 구조체가 수십 kHz부터 수백 MHz까지의 주파수를 생성합니다. 

MEMS 공진기는 기계적으로 구동되며, 정전기적 및 압전 방식의 두 가지 범주로 나뉩니다. 주로, MEMS 발진기는 압전 변환 공진기가 충분히 안정적이지 않기 때문에 정전기 변환을 사용합니다. 압전 변환 MEMS 공진기는 필터링 응용 분야에서 사용됩니다.

MEMS 오실레이터의 주요 장점 중 하나는 여러 부하에 사용될 수 있어 회로 내에서 여러 개의 크리스탈 오실레이터를 대체할 수 있다는 것입니다. 이 기능은 오실레이터 회로가 사용하는 가격과 보드 공간을 상당히 줄일 수 있습니다. 다른 오실레이터 회로, 심지어 크리스탈 오실레이터에 비해 MEMS 장치의 전력 소비는 코어 전류 소모가 작기 때문에 매우 낮습니다. 낮은 전력 소모는 배터리로 작동하는 장치가 훨씬 더 오래 작동하게 하거나 전력을 절약하기 위해 주 오실레이터 회로를 끄는 것을 필요로 하지 않게 할 수 있습니다. MEMS 오실레이터는 다른 오실레이터와 달리 작동하기 위해 외부 구성 요소가 필요하지 않아 추가적인 공간 및 비용 절감을 제공합니다. 초기 MEMS 오실레이터는 안정성에 다소 어려움을 겪었지만, 비용을 지불할 의향이 있다면 +/- 8 파트 퍼 빌리언의 주파수 안정성을 가진 옵션이 시장에 있습니다.  

실리콘 오실레이터

본문의 시작 부분에서 언급했듯이, 많은 장치들이 그들의 실리콘에 집적된 발진기를 가지고 있습니다. 실리콘 발진기는 대부분 같은 것이지만 별도의 패키지로 제공됩니다. 이 집적 회로는 실리콘으로 만들어진 완전한 RC 발진기 회로를 제공합니다. 이는 일반적으로 수동 부품을 사용하여 비슷한 비용으로 만들 수 있는 것보다 더 나은 매칭과 보상을 제공합니다. 더 작은 패키지에서 말이죠. 실리콘 발진기는 기계적으로 공진하는 요소가 없기 때문에 충격을 받거나 진동을 경험할 장치에 대해 훌륭한 자산이 될 수 있습니다. 대부분의 공급업체의 웹사이트에서는 이들을 발진기 카테고리가 아닌 집적 회로 카테고리에서 찾을 수 있습니다.

혹독한 환경에서 다른 발진기들에 비해 가지는 장점 외에도, 실리콘 발진기는 일반적으로 프로그래밍이 가능합니다. 프로그래밍 옵션은 특정 장치에 따라 다르지만, 주파수 설정 저항이나 SPI/I2C 인터페이스가 일반적입니다. 실리콘 발진기는 일반적으로 약 1-2%의 상대적으로 낮은 주파수 오차를 가지고 있지만, 컴팩트하며 외부 전원 공급 바이패스 커패시터만을 요구합니다. 정밀하지 않은 응용 프로그램에서 다른 유형의 발진기에 비해 저비용 대안이 될 수 있습니다.

요약

최적의 클록 소스를 선택하는 것은 쉽지 않습니다. 일반적인 안정성, 온도, 진동, 습도에 대한 민감도, EMI, 비용, 크기, 전력 소비, 정교한 레이아웃, 추가 구성 요소 등 많은 요소를 고려해야 합니다. 

통합 RC 또는 실리콘 발진기가 적합한 응용 프로그램이 많이 있습니다. 이러한 응용 프로그램은 추가적인 정확도를 요구하지 않기 때문입니다. 내부 발진기를 사용하면 설계 시간, 비용을 절약하고 엔지니어링 위험을 줄일 수 있습니다. 그러나 현대의 응용 프로그램은 점점 더 높은 정확도를 요구하며, 이는 석영 크리스탈, 세라믹 또는 MEMS와 같은 외부 발진기의 사용을 요구합니다.

예를 들어, 고속 USB는 최소 0.25%의 주파수 정확도를 요구하는 반면, 다른 외부 통신은 5%, 10%, 심지어 20%의 안정성을 가진 클록 소스로도 올바르게 작동할 수 있습니다. 다른 고속 버스와 RF 응용 프로그램은 종종 USB보다 훨씬 더 높은 주파수 정밀도를 요구합니다.

마이크로컨트롤러용 발진기의 전력 소비는 피드백 증폭기 공급 전류와 사용된 용량 값에 따라 달라집니다. 이러한 증폭기의 전력 소비는 대부분 주파수에 따라 달라지므로, 매우 낮은 전력 장치를 설계하고자 한다면 장치가 여전히 작업을 완료할 수 있는 최소한의 클록 주파수로 낮추는 것을 고려해 보세요. 종종 마이크로컨트롤러가 많은 남는 클록 사이클을 가지고 있으며, 이 모든 것이 불필요한 전력을 소비하고 있습니다.

세라믹 공진 회로는 일반적으로 크리스탈 회로보다 더 큰 부하 용량 값을 지정하고 동일한 증폭기를 사용하는 크리스탈 회로보다 더 많은 전류를 소모합니다. 비교하자면, 크리스탈 발진기 모듈은 온도 보상 및 제어 기능이 포함되어 있기 때문에 보통 10mA에서 60mA의 공급 전류를 소모합니다.

시장에는 다양한 종류의 발진기가 있으며, 각각 장단점이 있습니다. 정밀한 타이밍이 절대적으로 중요하지 않은 일반적인 용도의 애플리케이션의 경우, 주파수 요구 사항을 충족하는 거의 모든 발진기 장치나 회로를 사용할 수 있습니다. 더 높은 정밀도 회로의 경우, 넓은 온도 범위에서도 10억 분의 1의 주파수 안정성을 제공할 수 있는 MEMS 발진기와 같은 더 비싼 장치를 고려할 수 있지만, 발진기당 수십 또는 수백 달러를 지불할 준비를 해야 합니다.

LED 컨트롤러나 관리 또는 사용자 인터페이스 코드를 실행하기만 하면 되는 유사한 회로를 구축하고 있다면, 통합 RC 발진기가 필요한 모든 것을 제공할 것입니다. 깊은 바다 잠수정을 작업 중이며, 정확한 위치 추적이 가능하다고 가정해 보세요. 이 경우, 넓은 온도 범위에서 수십억 분의 몇 안 되는 안정성을 가진 발진기가 당신이 사용할 수 있는 최소한일 수 있습니다. 센서 데이터를 더 밀접하게 통합하고자 하거나, 라디오 통신을 위해 사용하고자 하는 대역이 좁을수록, 발진기는 더 안정적이어야 합니다. 예를 들어, 주파수를 상당히 증가시키는 경우입니다. 이 경우, 메가헤르츠 발진기에서 기가헤르츠 신호를 생성하고 있다면, 오류가 확대될 수 있으므로 발진기가 더 안정적이어야 합니다.

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