Crystal PPM-Toleranz- und Frequenzfehlerrechner

Teile pro Million ist ein Bruchfehler: Ein ppm bedeutet ein Millionstel, also $\ Delta f = f_0\ times\ text {ppm}/10^6$. Diese einzige Beziehung ist der Grund, warum dieselbe Kristallqualität in einem Design hervorragend und in einem anderen unbrauchbar sein kann. Bei 32,768 kHz entspricht $\ pm 20$ ppm $\ pm 0,66$ Hz — unsichtbar. Bei 25 MHz sind dieselben $\ pm 20$ ppm $\ pm 500$ Hz, und bei einem 2,4-GHz-Träger, der aus dieser Referenz synthetisiert wird, werden es $\ pm 48$ kHz, was bequem genug ist, um eine Anforderung an die Kanalgenauigkeit zu erfüllen.

Ein Kristalldatenblatt gibt nicht eine Toleranzzahl an, sondern drei, und sie werden unabhängig voneinander angegeben. Bei der Anfangs- oder Kalibrierungstoleranz handelt es sich um die Trimmgenauigkeit bei 25 °C — also wie nahe das Teil am Tag der Auslieferung am Nennwert liegt. Die Frequenz- und Temperaturstabilität gibt an, um wie viel es sich im Betriebsbereich bewegt. Bei einem Kristall im AT-Schliff ist dies eine kubische Kurve mit einer Biegung nahe 25 °C, weshalb die Spezifikation als Gesamtauslenkung und nicht als Koeffizient angegeben wird. Bei der Alterung handelt es sich um eine irreversible Langzeitabweichung aufgrund des Spannungsabbaus bei der Montage und des Stoffübergangs an den Elektroden. Sie wird pro Jahr und am stärksten im ersten Jahr angegeben.

Die drei lassen sich auf zwei verschiedene Arten kombinieren, je nachdem, was Sie benötigen. Die arithmetische Summe $\ text {ppm} _ {init} +\ text {ppm} _ {temp} +\ text {ppm} _ {age} $ ist der garantierte Grenzwert: keine Einheit, die sich zu irgendeinem Zeitpunkt ihrer Lebensdauer befindet, wird sie überschreiten. Das ist die Zahl, die eine Protokollmarge oder eine regulatorische Frequenzgenauigkeitsanforderung erfüllen muss. Das Wurzelsummenquadrat $\ sqrt {\ text {ppm} _ {init} ^2 +\ text {ppm} _ {temp} ^2 +\ text {ppm} _ {age} ^2} $ geht davon aus, dass die drei Mechanismen unkorreliert sind, was sie größtenteils sind, und beschreibt die realistische Streuung innerhalb der Produktion. Es ist immer das kleinere der beiden, und wenn es dort verwendet wird, wo ein garantierter Grenzwert erforderlich war, dann bestehen Konstruktionen die Qualifizierung und scheitern in der Praxis.

Da ppm eine Bruchrate ist, wird sie direkt der Zeitmessung zugeordnet, ohne dass zusätzliche physikalische Anforderungen erforderlich sind. Ein ppm entspricht einer Mikrosekunde pro Sekunde, 86,4 Millisekunden pro Tag und 31,5 Sekunden pro Jahr. Diese Umrechnung macht ppm zur natürlichen Einheit für Echtzeituhren: Ein RTC von $\ pm 20$ ppm driftet auf $\ pm 1,73$ s/Tag und $\ pm 10,5$ Minuten pro Jahr, weshalb kalendergenaue Produkte entweder eine $\ pm TCXO oder eine periodische Netzwerkzeitkorrektur benötigen.