СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2016

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2016 Корпус Кристалл Пьезоэлемент Держатель Микроплата Миниатюрные термокомпенсированные кварцевые генераторы Рис. 1. Конструкция генератора без крышки Рис. 2. Внешний вид генератора В статье рассмотрены вопросы реализации миниатюрных термокомпенсированных кварцевых генераторов на отечественной элементной базе. Алексей Ложников (г. Омск) Основными тенденциями разви- тия компонентной базы, в том чис- ле устройств стабилизации частоты, являются улучшение их электриче- ских и эксплуатационных параметров, повышение технологичности и унифи- кации, а также уменьшение габаритных размеров. Не менее актуальной являет- ся проблема импортозамещения, ког- да необходимо выпускать продукцию с использованием отечественных мате- риалов и комплектующих. В настоящее время зарубежными фирмами, такими как Golledge (Великобритания), Epson (США), Geyer, Jauch Quartz (Германия) выпускается большая номенклатура термокомпенсированных кварцевых генераторов в корпусах для поверх- ностного монтажа, обладающих ста- бильностью частоты порядка 1 × 10 –6 в широком диапазоне рабочих темпе- ратур. Такие генераторы реализуются с использованием специализирован- ных микросхем и кварцевых резонато- ров, что позволяет достичь минималь- ных габаритных размеров и упростить процесс изготовления. Учитывая высокую актуальность проблемы и отсутствие подходящих микросхем российского производства, для нас был разработан специализиро- ванный кристалл термокомпенсиро- ванного кварцевого генератора. После получения кристалла была проведена разработка конструкции кварцевого пьезоэлемента (ПЭ) с целью получения хорошей монотонности температур- но-частотной характеристики (ТЧХ) в диапазоне температур –60…+85°С. Поскольку термокомпенсация в зака- занном кристалле аналоговая и про- изводится полиномом пятого поряд- ка, то температурная стабильность генератора в первую очередь ограни- чена монотонностью ТЧХ ПЭ. По этой причине проработка конструкции ПЭ очень важна при разработках термо- компенсированных кварцевых гене- раторов. В дальнейшем проблемой стало отсутствие металлокерамических кор- пусов российского производства для термокомпенсированных генераторов. Известные корпуса, выпускаемые оте- чественной промышленностью, имеют заметно отличающиеся от кварцевой пластины температурные коэффици- енты линейного расширения. Причём, как показали предварительные экспе- рименты, при монтаже ПЭ в корпус без механической развязки его ТЧХ иска- жается настолько, что изменением угла среза ПЭ практически невозмож- но получить требуемую ТЧХ. Для решения данной проблемы разработана конструкция, имею- щая двухступенчатую механическую развязку ПЭ от корпуса генератора (см. рис. 1). Первая ступень – держате- ли специальной формы, расположен- ные на микроплате, вторая – приклей- ка микроплаты к основанию. Монтаж ПЭ и держателей выполнен токопро- водящим клеем. Кристалл приклеен на микроплату и разварен золотой про- волокой. После сборки генератора произво- дится настройка частоты пьезоэле- мента на вакуумной установке путём напыления серебра в центр пьезо- элемента. Затем проводится вакуум- ная сушка и герметизация генерато- ра в среде осушенного азота с точ- кой росы –65°С. После герметизации генераторы проходят термотрениров- ку и термоциклирование, после чего выполняется настройка ТЧХ и номи- нальной частоты. Внешний вид миниатюрного кварце- вого генератора представлен на рисун- ке 2. Основные параметры разработан- ного генератора приведены в таблице. Для расширения области приме- нения генератора при заказе преду- смотрена возможность выбора типа выходного сигнала: КМОП с уровнем логического 0 меньше, чем 0,1 × U пит и логической 1 с уровнем больше 0,9 × U пит , а также синусоидального, с размахом не менее 0,8 В. Осцилло- граммы выходных сигналов приведе- ны на рисунке 3.