欧宝娱乐平台网站:石英晶体振动器的根本原理参数运用
作者:欧宝娱乐下载平台} 发布时间:2022-08-16 05:51:18

  1. 匹配电容-----负载电容是指晶振要正常震动所需求的电容。一般外接电容,是为了使晶振两头的等效电容等于或挨近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。一般晶振两头所接电容是所要求的负载电容的两倍。这样并联起来就挨近负载电容了。

  2. 负载电容是指在电路中跨接晶体两头的总的外界有用电容。他是一个测验条件,也是一个运用条件。运用时一般在给出负载电容值邻近调整能够得到准确频率。此电容的巨细首要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。

  3. 一般情况下,增大负载电容会使振动频率下降,而减小负载电容会使振动频率升高。

  4. 负载电容是指晶振的两条引线衔接IC块内部及外部一切有用电容之和,可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决议振动器的振动频率不同。标称频率相同的晶振,负载电容不必定相同。因为石英晶体振动器有两个谐振频率,一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振:另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以,标称频率相同的晶振交换时还必须要求负载电容一至,不能冒然交换,否则会构成电器作业不正常。

  一份电路在其输出端串接了一个22K的电阻,在其输出端和输入端之间接了一个10M的电阻,这是因为衔接晶振的芯片端内部是一个线性运算扩大器,将输入进行反向180度输出,晶振处的负载电容电阻组成的网络供给别的180度的相移,整个环路的相移360度,满意振动的相位条件,一起还要求闭环增益大于等于1,晶体才正常作业。

  晶振输入输出衔接的电阻效果是发生负反应,确保扩大器作业在高增益的线性区,一般在M欧级,输出端的电阻与负载电容组成网络,供给180度相移,一起起到限流的效果,避免反向器输出对晶振过驱动,损坏晶振。

  和晶振串联的电阻常用来防备晶振被过火驱动。晶振过火驱动的结果是将逐步损耗削减晶振的触摸电镀,这将引起频率的上升,并导致晶振的前期失效,又能够讲drive level调整用。用来调整drive level和发振余裕度。

  Xin和Xout的内部一般是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震动的.因而,在反相器的两头并联一个电阻,由电阻完结将输出的信号反向 180度反应到输入端构成负反应,构成负反应扩大电路.晶体并在电阻上,电阻与晶体的等效阻抗是并联联系,自己想一下是电阻大仍是电阻小对晶体的阻抗影响小大?

  电阻的效果是将电路内部的反向器加一个反应回路,构成扩大器,当晶体并在其间会使反应回路的沟通等效依照晶体频率谐振,因为晶体的Q值十分高,因而电阻在很大的规模改动都不会影响输出频率。曩昔,从前实验此电路的安稳性时,试过从100K~20M都能够正常启振,但会影响脉宽比的。

  串进去的电阻是用来约束振动起伏的,并进去的两颗电容依据LZ的晶振为几十MHZ一般是在20~30P左右,首要用与微调频率和波形,并影响起伏,并进去的电阻就要看 IC spec了,有的是用来反应的,有的是为过EMI的对策

  但是转化为 并联等效阻抗后,Re越小,Rp就越大,这是有现成的公式的。晶体的等效Rp很大很大。外面并的电阻是并到这个Rp上的,所以,降低了Rp值 ----->

  增大了Re ----->

  降低了Q

  石英晶体振动器是高精度和高安稳度的振动器,被广泛运用于彩电、计算机、遥控器等各类振动电路中,以及通讯体系中用于频率发生器、为数据处理设备发生时钟信号和为特定体系供给基准信号。

  石英晶体振动器是使用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器材,它的根本构成大致是:从一块石英晶体上按必定方位角切下薄片(简称为晶片,它能够是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

  若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会发生机械变形。反之,若在晶片的两边施加机械压力,则在晶片相应的方向大将发生电场,这种物理现象称为压电效应。假如在晶片的南北极上加交变电压,晶片就会发生机械振动,一起晶片的机械振动又会发生交变电场。在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅十分细小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅显着加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振,它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切开办法、几许形状、尺度等有关。

  当晶体不振动时,可把它当作一个平板电容器称为静电电容C,它的巨细与晶片的几许尺度、电极面积有关,一般约几个PF到几十PF。当晶体振动时,机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效,C的值很小,一般只需0.0002~0.1pF。晶片振动时因冲突而构成的损耗用R来等效,它的数值约为100Ω。因为晶片的等效电感很大,而C很小,R也小,因而回路的质量因数Q很大,可达1000~10000。加上晶片自身的谐振频率根本上只与晶片的切开办法、几许形状、尺度有关,并且能够做得准确,因而使用石英谐振器组成的振动电路可获得很高的频率安稳度。

  从石英晶体谐振器的等效电路可知,它有两个谐振频率,即(1)当L、C、R支路发生串联谐振时,它的等效阻抗最小(等于R)。串联揩振频率用fs表明,石英晶体关于串联揩振频率fs呈纯阻性,(2)当频率高于fs时L、C、R支路呈理性,可与电容C。发生并联谐振,其并联频率用fd表明。

  依据石英晶体的等效电路,可定性画出它的电抗—频率特性曲线。可见当频率低于串联谐振频率fs或许频率高于并联揩振频率fd时,石英晶体呈容性。

  石英晶体振动器是由质量要素极高的石英晶体振子(即谐振器和振动电路组成。晶体的质量、切开取向、晶体振子的结构及电路方式等,一起决议振动器的功用。世界电工委员会(IEC)将石英晶体振动器分为4类:一般晶体振动(TCXO),电压控制式晶体振动器(VCXO),温度补偿式晶体振动(TCXO),恒温控制式晶体振动(OCXO)。现在开展中的还有数字补偿式晶体损振动(DCXO)等。

  一般晶体振动器(SPXO)可发生10^(-5)~10^(-4)量级的频率精度,规范频率1—100MHZ,频率安稳度是±100ppm。SPXO没有选用任何温度频率补偿办法,价格低廉,一般用作微处理器的时钟器材。封装尺度规模从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。

  电压控制式晶体振动器(VCXO)的精度是10^(-6)~10^(-5)量级,频率规模1~30MHz。低容差振动器的频率安稳度是±50ppm。一般用于锁相环路。封装尺度14×10×3mm。

  温度补偿式晶体振动器(TCXO)选用温度灵敏器材进行温度频率补偿,频率精度到达10^(-7)~10^(-6)量级,频率规模1—60MHz,频率安稳度为±1~±2.5ppm,封装尺度从30×30×15mm至11.4×9.6×3.9mm。一般用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通讯设备等。

  恒温控制式晶体振动器(OCXO)将晶体和振动电路置于恒温箱中,以消除环境温度改动对频率的影响。OCXO频率精度是10^(-10)至10^(-8)量级,对某些特别运用乃至到达更高。频率安稳度在四种类型振动器中最高。

  晶振的首要参数有标称频率,负载电容、频率精度、频率安稳度等。不同的晶振标称频率不同,标称频率大都标明在晶振外壳上。如常用一般晶振标称频率有:48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz~40.50 MHz等,关于特别要求的晶振频率可到达1000 MHz以上,也有的没有标称频率,如CRB、ZTB、Ja等系列。

  负载电容是指晶振的两条引线衔接IC块内部及外部一切有用电容之和,可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决议振动器的振动频率不同。标称频率相同的晶振,负载电容不必定相同。因为石英晶体振动器有两个谐振频率,一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振:另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以,标称频率相同的晶振交换时还必须要求负载电容一至,不能冒然交换,否则会构成电器作业不正常。

  频率精度和频率安稳度:因为一般晶振的功用根本都能到达一般电器的要求,关于高级设备还需求有必定的频率精度和频率安稳度。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。安稳度从±1到±100ppm不等。这要依据详细的设备需求而挑选适宜的晶振,如通讯网络,无线数据传输等体系就需求更高要求的石英晶体振动器。因而,晶振的参数决议了晶振的质量和功用。在实践运用中要依据详细要求挑选恰当的晶振,因不同功用的晶振其价格不同,要求越高价格也越贵,一般挑选只需满意要求即可。

  1、小型化、薄片化和片式化:为满意移动电话为代表的便携式产品轻、薄、矮小的要求,石英晶体振动器的封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装改动。例如TCXO这类器材的体积缩小了30~100倍。选用SMD封装的TCXO厚度缺乏2mm,现在5×3mm尺度的器材现已上市。

  2、高精度与高安稳度,现在无补偿式晶体振动器总精度也能到达±25ppm,VCXO的频率安稳度在10~7℃规模内一般可达±20~100ppm,而OCXO在同一温度规模内频率安稳度一般为±0.0001~5ppm,VCXO控制在±25ppm以下。

  3、低噪声,高频化,在GPS通讯体系中是不允许频率哆嗦的,相位噪声是表征振动器频率哆嗦的一个重要参数。现在OCXO主流产品的相位噪声功用有很大改进。除VCXO外,其它类型的晶体振动器最高输出频率不超越200MHz。例如用于GSM等移动电线系列压控振动器,其频率为650~1700 MHz,电源电压2.2~3.3V,作业电流8~10mA。

  4、低功用,快速发动,低电压作业,低电平驱动和低电流耗费已成为一个趋势。电源电压一般为3.3V。现在许多TCXO和VCXO产品,电流损耗不超越2 mA。石英晶体振动器的快速发动技能也获得突破性开展。例如日本精工出产的VG—2320SC型VCXO,在±0.1ppm规定值规模条件下,频率安稳时刻小于4ms。日本东京陶瓷公司出产的SMD TCXO,在振动发动4ms后则可到达额定值的90%。OAK公司的10~25 MHz的OCXO产品,在预热5分钟后,则能到达±0.01 ppm的安稳度。

  1、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大长处。不论是旧式石英钟或是新式多功用石英钟都是以石英晶体振动器为中心电路,其频率精度决议了电子挂钟的走时精度。从石英晶体振动器原理的暗示图中,其间V1和V2构成CMOS反相器石英晶体Q与振动电容C1及微调电容C2构成振动体系,这儿石英晶体相当于电感。振动体系的元件参数确认了振频率。

  一般Q、C1及C2均为外接元件。别的R1为反应电阻,R2为振动的安稳电阻,它们都集成在电路内部。故无法经过改动C1或C2的数值来调整走时精度。但此刻咱们仍可用加接一只电容C有办法,来改动振动体系参数,以调整走时精度。依据电子挂钟走时的快慢,调整电容有两种接法:若走时偏快,则可在石英晶体两头并接电容C,如图4所示。

  此刻体系总电容加大,振动频率变低,走时减慢。若走时偏慢,则可在晶体支路中串接电容C。如图5所示。此刻体系的总电容减小,振动频率变高,走时增快。只需经过耐性的重复实验,就能够调整走时精度。因而,晶振可用于时钟信号发生器。

  2、跟着电视技能的开展,近来彩电多选用500kHz或503 kHz的晶体振动器作为行、场电路的振动源,经1/3的分频得到 15625Hz的行频,其安稳性和可靠性大为进步。面且晶振价格便宜,替换简单。

  3、在通讯体系产品中,石英晶体振动器的价值得到了更广泛的表现,一起也得到了更快的开展。许多高功用的石英晶振首要运用于通讯网络、无线数据传输、高速数字数据传输等。

  晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两头的总的外界有用电容。是指晶振要正常震动所需求的电容。一般外接电容,是为了使晶振两头的等效电容等于或挨近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。运用时一般在给出负载电容值邻近调整能够得到准确频率。此电容的巨细首要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。

  各种逻辑芯片的晶振引脚能够等效为电容三点式振动器. 晶振引脚的内部一般是一个反相器, 或许是奇数个反相器串联. 在晶振输出引脚 XO 和晶振输入引脚 XI 之间用一个电阻衔接, 关于 CMOS 芯片一般是数 M 到数十 M 欧之间. 许多芯片的引脚内部现已包含了这个电阻, 引脚外部就不必接了. 这个电阻是为了使反相器在振动初始时处与线性状况, 反相器就如同一个有很大增益的扩大器, 以便于起振. 石英晶体也衔接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为一个并联谐振回路, 振动频率应该是石英晶体的并联谐振频率. 晶体周围的两个电容接地, 实践上便是电容三点式电路的分压电容, 接地址便是分压点.

  以接地址即分压点为参阅点, 振动引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两头来看, 构成一个正反应以确保电路继续振动. 在芯片设计时, 这两个电容就现已构成了, 一般是两个的容量持平, 容量巨细依工艺和地图而不同, 但终归是比较小, 不必定合适很宽的频率规模. 外接时大约是数 PF 到数十 PF, 依频率和石英晶体的特性而定. 需求留意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振动频率. 当两个电容量持平时, 反应系数是 0.5, 一般是能够满意振动条件的, 但假如不易起振或振动不安稳能够减小输入端对地电容量, 而添加输出端的值以进步反应量.

  1. 使晶振、外部电容器(假如有)与 IC之间的信号线尽可能坚持最短。当十分低的电流经过IC晶振振动器时,假如线路太长,会使它对 EMC、ESD 与串扰发生十分灵敏的影响。并且长线路还会给振动器添加寄生电容。

  2. 尽可能将其它时钟线路与频频切换的信号线路安置在远离晶振衔接的方位。

  假如实践的负载电容装备不妥,榜首会引起线路参阅频率的差错。别的如在发射接纳电路上会使晶振的振动起伏下降(不在峰点),影响混频信号的信号强度与信噪。

  当波形呈现削峰,畸变时,可添加负载电阻调整(几十K到几百K)。要安稳波形是并联一个1M左右的反应电阻。