クリスタルとレゾネーター: 違いと比較

古代には、時刻を決定するための多くの奇妙な方法がありました。 メソッドには、日時計、水時計、砂時計、天文時計、キャンセル時計などがあります。

1511年、最初の時計がピーター・ヘンラインによって発明されました。 彼はニュルンベルクに所属していた錠前屋で、現代の時計の生みの親として知られています。

主要な取り組み

1. 水晶は圧電材料ですが、共振器はセラミックまたはその他の材料で構成されています。
2. 水晶は、共振器よりも高い周波数安定性と低い温度係数を提供します。
3. 共振器は安価で、水晶よりも広い周波数範囲で動作できます。

クリスタルvsリゾネーター

クリスタルはクォーツクリスタルとも呼ばれる素材で、希望する周​​波数で振動できるという特殊な特徴があるため、時計の機械に使用されています。共振器はセラミックで作られた素材で、クロックソースに使用されますが、マイクロプロセッサでは必須ではありません。

水晶または水晶は、機械のクロック ソースとして使用される素材です。 任意の周波数で発振するという特殊な性質を持っているため、起動に必要な電力が少ないのです。

高温安定性と感度を備えているため、Bluetooth やワイヤレス アプリケーションの製造に最適です。

発振子もクロックソースによく使われる材料の一つで、セラミックでできています。 セラミック共振器の動作は、多少似ていると考えられています。

温度と感度に対する共振器の耐性または安定性は水晶ほど良くありませんが、これらの特性が必要または重要でないマイクロプロセッサで主に使用されます。

比較表

比較のパラメータ	クリスタル	共振器
公差の限界	約30～50ppm	約1％
正確さ	その他	もっと少なく
温度安定性	0.005％前後	0.1％前後
感度	ハイ	ロー
サイズ	L	S
制造	上級	初級
価格	ハイ	ロー
ESD耐性	ハイ	ロー
衝撃および振動耐性	もっと少なく	ハイ
使いやすさ	壁掛け時計、RTC、計時機	適用されない

クリスタルとは？

水晶は、クロック源の機械を作るために使用される材料であり、石英材料で構成されています。 必要な周波数で発振するという特別な特性を備えているため、低電力と早期起動にアクセスできます。

水晶は、電流が流れると機械的に振動します。

水晶振動子の許容範囲は、30 ppm から 50 ppm (XNUMX 万分の XNUMX) の範囲です。 また、水晶振動子の精度レベルは非常に優れています。

水晶の製造は難しく、そのためにコストが高くなります。 水晶の持つ温度安定度は0.005%程度です。

結晶のサイズが大きく、非常に敏感です。 また、ESDに対する耐性が高く、衝撃や振動に対して低いです。 主に壁掛け時計、RTC、計時用の機械に使用されています。

レゾネーターとは？

共振器は、クロック ソース機械で使用される別の材料であり、セラミック材料で構成されています。 共振器の働きは水晶と似ていると考えられています。

電気部品内部の周波数を利用する性質があります。

セラミック発振子が持つ公差容量は公称わずか1%程度です。 セラミック共振器の製造は非常に簡単で、コストや価格に反映されており、市場では低くなっています。

共振器によって提供される精度も低いです。

衝撃や振動に対するセラミック振動子の耐性は高く、ESD の耐性は低いです。 高温でのセラミック発振子の安定性は約0.1%で感度が低い。

水晶振動子に比べてセラミック振動子のサイズは小さい。  

クリスタルとレゾネーターの主な違い

1. 水晶の公差の限界は30～50ppm程度ですが、それに比べて振動子の公差の限界は1%程度です。
2. 水晶振動子が提供する精度はより正確ですが、一方、振動子が提供する精度は比較的正確ではありません。
3. 水晶振動子の温度安定度は0.005%程度ですが、セラミック振動子の温度安定度は0.1%程度です。
4. 石英金属でできた水晶は感度が高いのに対し、セラミックでできた共振器は比較的感度が低くなります。 
5. クォーツクリスタルのサイズはより大きく、またはより大きく、一方、セラミッククリスタルのサイズはクリスタルのサイズよりもはるかに小さいです。
6. 水晶の製造は非常に難しいのに対し、セラミック振動子の製造は比較的簡単です。
7. 製造が難しいため、コストも反映されます。 そのため価格が高いのに対し、セラミック共振器は製造が容易なため比較的安価です。
8. ESD耐性に対する水晶振動子によるサポートは高く、一方、ESD耐性に対するセラミック振動子によるサポートは相対的に低い。
9. 水晶は衝撃や振動に対する耐性がそれほど大きくないのに対し、レゾネータは衝撃や振動に対する耐性が比較的大きい。
10. 水晶振動子は、主にさまざまな壁掛け時計、RTC クロック、および計時用の一部の機械で使用されますが、一方で、共振器の有用性はそのようなものには適用されません。    

参考情報

1. https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.56.680
2. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6782512
3. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400517303933
4. https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.57.105