石英晶体振荡器电路设计要点:(1)在PCB设计是,晶振的外壳必须接地,可以防止晶振的向往辐射,也可以屏蔽外来的干扰.(2)晶振下面要铺地,可以防止干扰其他层.因为有些人在布多层板的时候,顶层和底层不铺地,但是建议晶振所在那一块铺上地. (3)石英晶振底下不要布线,周围5mm的范围内不要布线和其他元器件(有的书是建议300mil范围内,大家可以参考),主要是防止晶振干扰其他布线和器件.
如下图所示晶振电路:
首先:因为每一种<b>石英晶振b>都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件.<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 在次:在许可范围内,C1,C2值越低越好.C值偏大虽有利于振荡器的稳定,但将会增加起振时间.<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 最后:应使C2值大于C1值,这样可使上电时,加快晶振起振.<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 在石英晶体谐振器和<b>陶瓷谐振器b>的应用中,需要注意负载电容的选择.不同厂家生产的石英晶体谐振器和陶瓷谐振器特性和品质都存在较大差异,在选用时,要了解该型号振荡器的关键指标,如等效电阻,厂家建议负载电容,频率偏差等.<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 在实际电路中,也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态.示波器在观察振荡波形时,观察OSCO管脚(Oscillator output),应选择100MHz带宽以上的示波器探头,这种探头的输入阻抗高,容抗小,对振荡波形相对影响小.(由于探头上一般存在10~20pF的电容,所以观测时,适当减小在OSCO管脚的电容可以获得更接近实际的振荡波形).<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波,峰峰值应该大于电源电压的70%.若峰峰值小于70%,可适当减小OSCI及OSCO管脚上的外接负载电容.反之,若峰峰值接近电源电压且振荡波形发生畸变,则可适当增加负载电容.<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 用示波检测OSCI(Oscillator input)管脚,容易导致振荡器停振,原因是:部分的探头阻抗小不可以直接测试,可以用串电容的方法来进行测试.如常用的4MHz<b>石英晶体谐振器b>,通常厂家建议的外接负载电容为10~30pF左右.若取中心值15pF,则C1,C2各取30pF可得到其串联等效电容值15pF.同时考虑到还另外存在的电路板分布电容,芯片管脚电容,石英<b>贴片晶振b>晶体自身寄生电容等都会影响总电容值,故实际配置C1,C2时,可各取20~15pF左右.并且C1,C2使用瓷片电容为佳.<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 电容器的电势能计算公式:E=CU^2/2=QU/2<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn<br style="color: rgb(102, 102, 102); " /> 多电容器并联相加串联 C=(C1*C2*C3)/(C1+C2+C3)石英晶体作为滤波、振荡元件已广泛应用在广播通讯、电子测量、航空、航天等方面.其发展历史只有短短几十年,美国是发展石英晶体最早的国家.最近一、二十年来,由于PCS、GSM、GPS、PDC、CDMA等诸多移动通讯技术的需求,石英晶体振荡器中的<b>石英晶体谐振器b>不再是单一元件,它已发展成为组件,而且几乎全部以集成化、全集成化、全数字化形式展现出来,体积比过去缩小了数倍乃至数十倍.
<b>石英晶体振荡器b>由晶体振荡电路和输出电路两部分构成.石英晶体振荡器电路分为并联晶体振荡电路和串联晶体振荡电路,常用并联晶体振荡电路.晶体工作在串联谐振频率ωS和并联谐振频率ωP之间,即呈现感抗.而振荡性能的优劣由晶体的品质、切割取向、振子结构及振荡电路共同决定.图1为AT切割和SC切割的频率温度特性曲线.可以看出,SC切割有高的静态和动态f-t稳定性、良好的老化率和相位噪声,但缺点是频率牵引灵敏度低、成本高.
最常用的振荡电路是集电极交流接地的考毕兹振荡电路(如图2所示).此电路的优点是电路简单、可靠、稳定.
输出电路的作用是对振荡获得的正弦信号进行缓冲、放大、整形,得到图3所示的标准输出电平,驱动负载或后级门电路.这里,还经常用到逻辑电平转换电路和分频、倍频电路.
其输出正弦波电平用Vp-p、VRMS或dBm表示,dBm的计算式为:
)1log(10mWPdBm?必要时,还须注明谐波抑制比.方波或矩形波输出电平应注明TTL、CMOS、HCMOS还是ECL、直流分量值,并且表示出占空比、上升时间、下降时间等其它相应参数.
标准输出负载为50Ω、1kΩ、10kΩ∥10pF或用驱动几个门电路表示,如驱动2个门,5个门电路.
对<b>石英b><b>晶体振荡器b>的噪声系数有特殊要求时,则应严格设计振荡、放大电路及电源.譬如主振选用低噪声管、低噪声压控电压并使振荡在低电压工作,各级电路必须匹配以保证无反射、辐射.
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就说说使用在苹果手机上的石英晶振来说,使用的品牌大多数都是日本爱普生晶振品牌,尤其是内部控制着时钟的32.768K晶振,有源的石英晶体振荡器也是使用的日本KDS晶振品牌,目前市面上的知名品牌手机使用的大多数都是进口晶振,国内生产的石英晶振品牌少子又少,而且质量性能很多还达不到要求,国内的无论是数码产品,还是其它大型电子设备产品,或者是说电子元件器件晶振等产品,想要在国际市场上有一定的地位,这还需要付出很大的努力,才能成就民族品牌。
石英晶振是石英晶体谐振器(无源晶振)和石英晶体振荡器(有源晶振)的统称.一般把晶振等同于谐振器理解,振荡器就是通常所指钟振. 无源晶振为crystal(晶体),<b>有源晶振b>叫做oscillator(振荡器).无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,所以在体积上有源石英晶体振荡器就会比无源晶振体积大.石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件,已被广泛地使用在无线电话、载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表等各种电子设备中.
无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的<b>石英晶振b>晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP(Digital Signal Processing数字信号处理器),而且价格通常也较低.无源晶体相对于有源晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整.
知道无源晶振的性质,了解有源<b>石英晶体振荡器b>也就不难了,那么有源晶振的脚位要如何区分呢?有源晶振在产品中使用具有哪些优势特点?
有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压.有源晶振不需要DSP的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路.相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高.
CEOB2B晶振平台给大家介绍晶振的封装尺寸,以下整理内容也便于大家记住,晶振封装一般分为插件晶振(DIP)和<b>贴片晶振b>(SMD).
插件晶振又分为HC-49U、HC-33U、HC-49S、音叉型(圆柱晶振).HC-49U一般称49U,有些采购俗称“高型”,而HC-49S一般称49S,俗称“矮型”,音叉型(<b>圆柱晶振b>)按照体积从小到大可以分为1x4mm,1x5mm,2x6mm,3x8mm,3x9mm,3x10mm等.
贴片晶振是根据尺寸大小和脚位来分类,通常分为:7050晶振(7.0mmx5.0mm)、6035晶振(6.0mmx3.5mm)、5032晶振(5.0mmx3.2mm)、3225晶振(3.2mmx2.5mm)、2025晶振(2.0mmx2.5mm)等. 从不同的应用层面来分有源晶振又可分为普通有源晶振(OSC晶振或SPXO晶振)、<b>温补晶振b>(TCXO晶振)、压控晶振(VCXO晶振)、恒温晶振(OCXO晶振)、压控温补晶振(VC-TCXO)晶振、差分晶振、可编程晶振等.
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石英晶体振荡器的压电效应以及等效电路原理
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