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안녕하세요.

 

지난 글에서 Crystal Unit이란 무엇인지에 대해 설명 드렸습니다.

Crystal 유닛은 IC에 따른 적절한 주파수, 스펙, 회로 상수값을 기반으로 사용되는데, 정상적인 동작을 위해서 최적화된 발진 회로가 필요합니다. 이 발진 회로가 최적화 되어있지 않은 경우에는 set상 부적절하게 작동하는 문제가 발생할 수 있습니다.

 

때문에 한국 무라타전자에서는 안정적인 발진을 얻기 위해 매칭 대응을 해드리고 있는데요.

오늘은 무라타의 매칭 과정에서 측정하는, 매칭 대응에 중요한 스펙 중 Drive level, 발진 여유도란 무엇인지, 계산법과 측정 방법에 대해 말씀드리려 합니다.

 

Drive Level이란?

Drive level이란 발진 회로가 작동하는 동안의 Crystal Unit의 전력 소비량을 나타냅니다. 즉, 발진 회로가 작동하는 동안 Crystal Unit을 통과하는 전류라고 할 수 있습니다.

Crystal Unit에서는 Drive level의 사양 내에서 유지하는 것이 중요합니다. 과도한 Drive level은 큰 주파수의 변화를 일으키게 됩니다.

 

1. 계산법

Drive level은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
Drive level = I²×R1

[ I: 구동 전류 (유효값) , R1: Crystal unit의 등가 직렬 저항 ]

구동 전류는 실제 발진 회로에서 측정할 수 있으며, R1은 Network Analyzer 등으로 측정할 수 있습니다.

 

2. 측정법

Drive level 측정 방법은 다음과 같습니다.

# 측정 장비 및 장치

1) PCB
2) Crystal
3) Oscilloscope, 전류 Probe

 

1. Lead wire를 Crystal Unit에 연결하고 아래 그림과 같이 전류 Probe를 설정합니다.

*Crystal Unit에서의 구동 전류이기 때문에, 전류 Probe는 하기 그림처럼 Point A에 위치시켜야합니다.

2.PCB에 전원 전압을 공급하고, Oscilloscope에서 구동 전류 파형을 관찰합니다
3.구동 전류의 유효값 계산하기파형이 sin파 또는 sin파와 유사한 경우 유효값은 Ip-p2√2

로 계산됩니다.
Digital Oscilloscope를 사용하면 Oscilloscope의 기능으로 유효값을 읽을 수 있습니다.
4. Drive level은 위 공식으로 계산됩니다.( Ip-p2√2)

 

측정된 Drive level은 Crystal Unit 사양에 지정된 level값을 초과하지 않아야 합니다.

 

발진 여유도란?

발진 정지에 대한 여유도이며 발진 회로에서 가장 중요한 항목입니다.
이 마진은 Crystal Unit의 저항을 기준으로 한 비율로 표시되며, 어떤 저항값까지 발진할 수 있는지 그 여유도를 확인하는 것이라고 할 수 있습니다.

 

발진 여유도가 1 이상이면 이론적으로 발진 회로가 작동할 수 있습니다. 그러나 1에 가까울 경우 과도하게 긴 발진 start time 등으로 인해 모듈에서 작동 오류가 발생할 수 있습니다.

 

1. 계산법

발진 여유도는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

발진 여유도 [times] = |-R| / R1spec
* |-R| : Negative resistance
* R1 spec : 규격에 명시된 Crystal Unit의 등가 직렬 저항의 최대값
(R1 사양은 Murata Crystal Unit의 카탈로그 또는 데이터시트를 참조)

- 실제 발진 회로에서 Negative resistance을 측정할 수 있습니다.

* 상기의 그림처럼 negative resistance를 측정할 때, 저항은 Crystal Unit에 직렬으로 달아주세요.

- 발진 여유도는 5배 이상 유지하는 것이 좋습니다.

 

2. 측정법

매칭 평가 방법은 다음과 같습니다.

#  측정 장비

-        PCB

-        Crystal Unit(발진 회로의 constant data가 필요합니다)

-        저항 (SMD)

-        측정 도구(Oscilloscope, frequency counter 또는 발진을 측정 가능한 장비)

 

1)    Crystal Unit에 저항을 직렬로 추가하고, 발진 회로가 동작하는지 확인합니다.

2)    만약 1번에서 발진이 확인되었다면, 더 큰 값의 저항으로 변경합니다. 만약 발진하지 않는다면, 더 작은 값의 저항으로 변경합니다.

3)    발진 정지 직전의 저항인 최대 저항(Rs_max)값을 확인합니다.

4)    Rs_max를 사용하여 발진 주파수를 측정합니다.

5)    RL은 아래 공식으로 계산 가능합니다.

6)    Negative resistance는 아래 공식으로 계산 가능합니다.

 

이상으로 Crystal Unit에 대한 Drive Level, 발진 여유도에 대한 설명을 마치겠습니다. 

 

감사합니다. :)

 출처  

- 한국무라타전자 매거진, https://koreamuratablog.tistory.com

- 무라타, https://murata.com, 무라타 웹사이트 및 이미지별 기입