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晶振的根本性能及运用留意事项

作者:欧宝体育手机版app官网

发布时间:2023-06-15 05:47:55

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  晶体振动器,简称晶振,是数字电路的心脏。单片机体系中时钟就必不可少。故而晶振简直在所有的运用电路中都不可或缺的存在着,广泛用于轿车电子智能家居、安防设备、通讯设备等不同范畴。

  如图一所示,晶振在电气上能够等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其间较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。因为晶体本身的特性致使这两个频率的间隔适当的挨近,在这个极窄的频率规模内,晶振等效为一个电感,所以只需晶振的两头并联上适宜的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就能够构成正弦波振动电路,因为晶振等效为电感的频率规模很窄,所以即便其他元件的参数改动很大,这个振动器的频率也不会有很大的改动。

  以“石英晶体振动器”为例,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。

  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和为特定体系供给基准信号。

  晶体振动器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫oscillator(振动器)。HKC的Clock Oscillator产品覆盖了车规级和工业级,输出有LVPECL和CMOS两种,既有KHZ产品,也有MHZ产品。

  无源晶振需求借助于时钟电路才干发生振动信号,本身无法振动起来。有源晶振是一个完好的谐振振动器。

  按负载按驱动电路分类:可分为晶振谐振器(加驱动电路发生频率信号)和晶振振动器(加只加电压就发生频率信号)

  按电容特性分类:可分为低负载电容型晶振和高负载电容型晶振。按封装办法分类:可分为玻璃真空密封型晶振、金属壳封装型晶振、陶瓷封装型及塑料壳装型晶振。

  除掉以上的分类办法,还有一种较为详尽的分类。IEC将石英晶体振动器分为4类,按晶振的功用和完成技能分类:一般晶体振动(TCXO),压操控式晶体振动器(VCXO),温度补偿式晶体振动(TCXO),恒温操控式晶体振动(OCXO)。

  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。

  压操控式晶体振动器(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。

  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,首要运用于范畴和运用环境恶劣的场合。

  恒温操控式晶体振动器(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。短稳和相位噪声都较好。首要缺点是功耗大、体积大。首要用于各种类型的通讯设备,手机、PS接纳机、电台、数字电视及设备等领。

  HKC在高坚持精度 GNSS 同步时钟方面颇有建树,如图三所示比方根据TCXO类型有多种规划,开展了KStar 50M-GNSS —— GNSS征服振动器模组(TCXO参阅源),模块式规划内置GNSS多体系接纳模块,确定方式下,频率准确度 ≤ ±1E-12,供给可编程频率源输出,可运用于体系主板。

  再如KStar 100 —— GNSS 征服振动器(一体化规划的频率源及时刻规范),内置GNSS多体系接纳模块及高稳OCXO,确定方式下,频率准确度 ≤ ±1E-12坚持方式下,在24小时内及温度改动少于20?C时,时刻安稳性 ≤ ±1.5us。

  晶振在完好的电路中必不可少,是一个体系的器材,晶振的好坏直接联系整个体系的安稳性,故而,怎么挑选一颗晶振,怎么看晶振的首要参数,是工程师的必修课。

  以晶体谐振器作为首要比方。一般晶振的首要参数有:频率(标称频率)、作业温度、精度值、等效串联阻抗、匹配电容、封装办法等等。

  晶振的频率:一般频率的挑选取决于频率需求元件的要求,比方时钟芯片就需求32.768KHz的晶振,MCU一般是一个规模,根本上从4M到几十M都有。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1000MHz以上,也有的没有标称频率。

  晶振的作业温度:之所以把作业温度独自拿出来,首要是因为晶振是个物理的器材,作业温度与价格是成正比,作业温度要求越高,价格越高,所以挑选晶振时也需求要点考虑作业温度。

  晶振的精度值:精度一般常见的有0.5ppm、±5ppm、±10ppm、±20ppm、±50ppm等等。其间0.5ppm国内的现在只要通过数字补偿的才干做到,国外的有在3225乃至2016上完成高精度。精度的挑选一般要参阅频率需求器材对精度的要求,比方高精度的时钟芯片一般在±5ppm以内,一般的运用都挑选在±20ppm左右。

  晶振的等效串联阻抗:这个参数首要是与驱动才干有联系,也便是说跟驱动电流有联系。等效电阻小则需求的驱动电流就小。对外部驱动电路的适应才干就越高。

  晶振的匹配电容:通过改动匹配电容的参数值,能够改动晶振的频率,也便是说能够通过调整晶振的匹配电容来对精度做微调,这也是现在国内做高精度温补晶振的首要办法。如图4 C1、C2。

  晶振的频率老化率:在安稳的环境条件下丈量振动器频率时,振动器频率和时刻之间的联系。这种长时间频率漂移是由晶体元件和振动器电路元件的缓慢改动构成的,因而,其频率偏移的速率叫老化率,可用规则时限后的改动率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规则的时限内的总频率改动(如:±1ppm/(年)和±5ppm/(十年))来表明。晶体老化是因为在出产晶体的时分存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺点等问题。应力要通过一段时刻的改动才干安稳,一种叫“应力补偿”的晶体切开办法(SC切开法)使晶体有较好的特性

  频率低的晶振比频率高的晶振、作业时刻长的晶振比作业时刻短的晶振、接连作业的晶振比断续作业的晶振的老化率要好。

  在运用晶振进行电路规划时要留意,抗搅扰规划——因为晶振是个小信号器材,很简单遭到外部的搅扰,然后导致体系时钟呈现问题。所以规划时在layout上要留意晶振时钟信号的处理,常用的是包地处理。一个是对板上其他频率器材的处理,这个就需求做好不同频率间的阻隔处理。

  当产品放置于辐射发射的测验环境中时,被测产品的高速器材与实验室中参阅地会构成必定的容性耦合,发生寄生电容,导致呈现共模辐射,寄生电容越大,共模辐射越强;而寄生电容本质便是晶体与参阅地之间的电场散布,当两者之间电压安稳时,两者之间电场散布越多,两者之间电场强度就越大,寄生电容也会越大,晶振在PCB边际与在PCB中心时电场散布大有不同,当晶振安置在PCB中心,或离PCB边际较远时,因为PCB中作业地(GND)平面的存在,使大部分的电场操控在晶振与作业地之间,即在PCB内部,散布到参阅接地板的电场大大减小,导致辐射发射就降低了。如图5所示,晶振放置于PCB边际,很简单发生寄生电容。将晶振内移,使其离PCB边际至少1cm以上的间隔,并在PCB表层离晶振1cm的规模内敷铜,一起把表层的铜通过过孔与PCB地平面相连。通过修改后辐射发射会有显着改进。

  1.因为晶振是个物理器材, 此外,在PCB加工时也需求留意:在过回流焊的时分高温或许会对晶振的频率构成必定的影响,违背频率,这个在运用K等级晶振的时分需求特别留意。比方32.768khz的晶振。

  2.清洗流程中的超声波清洗,这个首要是超声波频率假如落在晶振的作业频率上就或许引起晶振的共振,导致晶振内部的晶片碎掉,呈现不良。

  运用过程中还需求留意的是,让晶振作业在安稳状况,许多呈现晶振失效的状况都是晶振长时间作业在过驱动或者是欠驱动状况。过驱动或许导致晶振达不到正常的运用寿命,欠驱动或许导致晶振的抗搅扰才干削弱,体系常常无故丢时钟。

  在规划阶段和运用阶段都到达要求,才干使晶振作业更安稳。当然,挑选使人定心的产品是步,HKC的晶体产品广泛运用于轿车文娱模块、车身操控模块、蓝牙、通用物联网IoT)、遥控器、轿车遥控钥匙、数字视频转化盒、体系芯片、无线胎压监测、Wifi等范畴,通过很多产品和客户的认可。

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