なぜ電子回路の機械的発振器の優位性？

現代の電子機器のクロックソースは、常に機械的に振動を生成する水晶振動子とMEMS発振器から発生しているようです。振動の振幅と周波数は、たとえば楽器で私が観察する日常の機械的振動とは異なる大きさです。それにもかかわらず、静電容量素子や誘導素子を使用するなど、電磁領域でクロックソースを直接取得できないことは驚きです。

特に、インダクタは寄生損失なしで製造するのが難しいことを知っています。しかし、機械的な発振器も理想的ではないと期待しています。

電気の伝播遅延を使用することもできますが、その場合、低速で動作する小さな発振器を作成するのは困難です。

電気振動部品を作るよりも、理想的に微振動デバイスを作ることができるのは本当ですか？

機械式デバイスは、電気式デバイスよりもはるかに安定しているためです。水晶発振器とLC発振器を比較してみましょう。

結晶：

• 非常に高いQを持ちます。ウィキペディアによると、水晶発振器の典型的なQは10,000〜1,000,000です。
• 温度に対して安定。多くの水晶は、温度範囲全体で50ppm未満で仕様が規定されており、温度補償または制御された水晶も利用可能です。
• 厳しい公差で製造されています。安価な結晶は通常〜25ppmに指定されていますが、より厳しい公差が利用可能です

LCまたはRC：

• 統合デバイスとしては利用できないため、市販のコンポーネントから組み立てる必要があります（mcuなどに統合されていない場合）
• Qが低く、Qが数百より高いインダクタを作るのは難しい
• 温度に敏感-温度安定性のあるインダクタを作るのは難しい

• 電圧に敏感-フィードバック回路のしきい値電圧と充電電圧は通常、電圧に依存します。

  しかし、それは、電気発振器が決して使用されないという意味ではなく、単に高い精度が必要な場所では使用されないということです。ただし、水晶発振器に比べていくつかの利点があります。

• それらは別のICに簡単に統合できます。多くのマイクロコントローラーには現在、発振器が組み込まれています

• 彼らは（時には）消費電力が少ない。多くの場合、マイクロコントローラには、ウォッチドッグタイマーを実行する低電力発振器が含まれます。これは、高速（MHz）クリスタルよりも消費電力が少なく、低速（32.768kHz）クリスタルよりも消費電力が少ない場合があります。
• ICに統合できるため、水晶が大きすぎる場所で使用できます。
• それらはかなり簡単に調整できます。水晶は実際にその校正周波数から数kHzだけシフトできますが、LC回路の容量を調整することにより（バラクタダイオードのように）、周波数をかなり広い範囲で調整できます。これは、LC発振器をPLLやVCOなどの回路で使用でき、水晶リファレンスにロックされている可能性があることを意味します。

非機械式発振器は多くのデバイスで使用されていますが、正確なタイミングが必要なデバイスでは使用されていません。

インダクタやコンデンサを機械的な発振器よりも正確に作成できるかどうかは、実際には違います。これらのコンポーネントが電圧/温度範囲にわたって安定した方法で動作できるかどうかです。バンドギャップ電圧リファレンス、温度計、および電圧/温度を一定に保つための加熱回路を持つようにすべての回路を設計したい場合を除き、水晶と同じくらい安定した場所でインダクタとコンデンサを動作させることはできません。

製造中に水晶を正しい周波数に調整するために、適切なサイズになるまで磨くことができると考えています。必要に応じて正確なキャップとインダクタを製造することもできます。問題は、そこに留まらないことです。