Quartz Crystal方案的設(shè)計(jì)選擇
來(lái)源：http://m.hhamai.cn 作者：金洛鑫電子 2019年04月10
具有頻率振蕩功能的石英晶振大部分的封裝尺寸都比較小，而且穩(wěn)定性不錯(cuò)，這是因?yàn)樵谏a(chǎn)之前，廠家的工程和技術(shù)人員就已經(jīng)計(jì)算并設(shè)計(jì)好了方案。產(chǎn)品都有屬于自己的規(guī)格，晶振的規(guī)格可以說(shuō)比較復(fù)雜，因?yàn)樗膮?shù)比較多，工程在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要選擇重點(diǎn)的那幾項(xiàng)參數(shù)，頻率頻點(diǎn)可以說(shuō)是比較重要的一個(gè)。其次是負(fù)載電容，溫度特性，頻率容差，激勵(lì)功率，老化率等。
使用晶體的設(shè)計(jì)考慮因素：
晶體僅在最終應(yīng)用中提供頻率選擇元件。需要外部元件，需要增益級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)最終所需的時(shí)鐘信號(hào)。通常認(rèn)為晶體頻率范圍小于160MHz。高于此頻率的晶體需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，難以調(diào)諧和專門的高頻晶體。
頻率溫度特性：
晶體的頻率響應(yīng)由晶體通過(guò)石英晶體諧振器的原子平面切割確定。這導(dǎo)致穩(wěn)定且可重復(fù)的溫度響應(yīng)。該圖顯示了AT切割晶體的不同切割的頻率溫度響應(yīng)。每條曲線的弧度不同2分鐘。CLOAD溫度系數(shù)可以將此響應(yīng)改變?cè)S多分鐘.CLOAD值和電容對(duì)于振蕩器滿足所需特性至關(guān)重要。放大器的CSTRAY和放大器相移與溫度的關(guān)系都會(huì)影響頻率溫度特性。
振蕩器電路在晶體的諧振處產(chǎn)生AC電流。此AC電流或驅(qū)動(dòng)電平必須低于臨界值或晶振可能被損壞。過(guò)大的電流會(huì)導(dǎo)致晶體運(yùn)動(dòng)超過(guò)彈性極限并發(fā)生斷裂。XY切割（音叉）32.768KHz手表晶體必須限制在約5μA或更小，否則晶體的尖齒會(huì)斷裂。>1MHz的晶振通常是AT切割晶體。這些器件可以承受較寬的驅(qū)動(dòng)電平范圍。在達(dá)到毫瓦驅(qū)動(dòng)水平之前不會(huì)發(fā)生斷裂。在較高的μW驅(qū)動(dòng)器范圍內(nèi)可能會(huì)發(fā)生老化。過(guò)度驅(qū)動(dòng)晶體可以激發(fā)不需要的振動(dòng)模式。這些可能導(dǎo)致在不同的窄溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的頻率跳變。
增益階段：
需要提供CMOS或BJT增益級(jí)，有許多可接受的配置。該級(jí)的輸入和輸出阻抗會(huì)影響電路Q.放大器噪聲電平會(huì)影響相位噪聲和抖動(dòng)。這個(gè)階段在有源增益區(qū)域的偏置對(duì)于振蕩器啟動(dòng)至關(guān)重要。此外，此階段的帶寬會(huì)影響啟動(dòng)特性。如果Oscillator電路要在泛音上操作晶體，則在放大器電路中需要頻率選擇器件以確保電路僅在所需的晶體諧波處具有所需的增益和相移。
指定晶體和進(jìn)行檢查：
石英諧振器有許多參數(shù)應(yīng)該指定，以確保接收滿足最終應(yīng)用要求的器件。
•頻率
•校準(zhǔn)，設(shè)定點(diǎn)為25°C
•CLOAD
•穩(wěn)定性，頻率與溫度的關(guān)系，參考溫度為25°C
•工作溫度范圍
•Cl的最大ESR，晶體諧振電阻
•C0范圍，引腳對(duì)引腳電容
•LMOTIONAL或CMOTIONAL，設(shè)定晶體的可拉性
•驅(qū)動(dòng)器級(jí)別
•頻率和電阻的驅(qū)動(dòng)電平相關(guān)性（DLD）
•老化
•絕緣電阻
還有其他規(guī)格，例如每°C允許的最大頻率變化，或平滑曲線允許的最大頻率響應(yīng)（擾動(dòng)控制）。
進(jìn)貨檢驗(yàn)或測(cè)試需要專門的設(shè)備：
•晶體阻抗計(jì)（CI儀表）
•帶有特殊測(cè)試夾具和軟件的網(wǎng)絡(luò)分析儀
PWB/PCB布局：
電路板布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。以下是一些注意事項(xiàng)：
•引線長(zhǎng)度必須盡可能短。
•晶振引線具有高阻抗，對(duì)噪聲非常敏感。
•電容器和晶體封裝的接地節(jié)點(diǎn)不得涉及噪聲源的循環(huán)電流。
•如果引線上的泄漏路徑低于500K歐姆，這可能會(huì)影響振蕩器啟動(dòng)，并且還會(huì)將頻率移動(dòng)幾個(gè)ppm。當(dāng)晶體用于設(shè)置最終用戶提供的振蕩器的頻率時(shí)，必須進(jìn)行許多考慮和設(shè)計(jì)參數(shù)以確保最佳性能。
CLOADVALUE：
在大多數(shù)情況下，晶體以電抗負(fù)載運(yùn)行。這允許調(diào)整最終應(yīng)用中的最終頻率。通常需要這樣來(lái)校正晶體的頻率變化與時(shí)間的關(guān)系。CLOAD值確定頻率與負(fù)載電容的靈敏度。對(duì)于低值，AT切割晶體的靈敏度可以為30ppm/pF。使用較高的負(fù)載電容值會(huì)降低靈敏度，但會(huì)增加振蕩啟動(dòng)的難度。CLOAD的溫度特性可以改變振蕩器的頻率與溫度響應(yīng)。
由于石英晶體振蕩器容易受到外界因素而影響壽命，所以在使用之前最好先了解相關(guān)的儲(chǔ)存注意信息和使用規(guī)則，正常的情況下，晶振幾乎是可以無(wú)限使用的，只是每一年都會(huì)有一些損耗。因此有些采購(gòu)會(huì)有低損耗的要求，進(jìn)口晶振可以達(dá)到這一要求，金洛鑫電子代理臺(tái)灣晶振，日本晶振和歐美晶振，咨詢或訂購(gòu)請(qǐng)撥打熱線電話：0755-27837162。
使用晶體的設(shè)計(jì)考慮因素：
晶體僅在最終應(yīng)用中提供頻率選擇元件。需要外部元件，需要增益級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)最終所需的時(shí)鐘信號(hào)。通常認(rèn)為晶體頻率范圍小于160MHz。高于此頻率的晶體需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，難以調(diào)諧和專門的高頻晶體。
頻率溫度特性：
晶體的頻率響應(yīng)由晶體通過(guò)石英晶體諧振器的原子平面切割確定。這導(dǎo)致穩(wěn)定且可重復(fù)的溫度響應(yīng)。該圖顯示了AT切割晶體的不同切割的頻率溫度響應(yīng)。每條曲線的弧度不同2分鐘。CLOAD溫度系數(shù)可以將此響應(yīng)改變?cè)S多分鐘.CLOAD值和電容對(duì)于振蕩器滿足所需特性至關(guān)重要。放大器的CSTRAY和放大器相移與溫度的關(guān)系都會(huì)影響頻率溫度特性。
頻率vs.切割晶體的溫度函數(shù)，每條曲線是通過(guò)石英晶體的原子平面切割的2分鐘弧度的變化。
水晶驅(qū)動(dòng)水平：振蕩器電路在晶體的諧振處產(chǎn)生AC電流。此AC電流或驅(qū)動(dòng)電平必須低于臨界值或晶振可能被損壞。過(guò)大的電流會(huì)導(dǎo)致晶體運(yùn)動(dòng)超過(guò)彈性極限并發(fā)生斷裂。XY切割（音叉）32.768KHz手表晶體必須限制在約5μA或更小，否則晶體的尖齒會(huì)斷裂。>1MHz的晶振通常是AT切割晶體。這些器件可以承受較寬的驅(qū)動(dòng)電平范圍。在達(dá)到毫瓦驅(qū)動(dòng)水平之前不會(huì)發(fā)生斷裂。在較高的μW驅(qū)動(dòng)器范圍內(nèi)可能會(huì)發(fā)生老化。過(guò)度驅(qū)動(dòng)晶體可以激發(fā)不需要的振動(dòng)模式。這些可能導(dǎo)致在不同的窄溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的頻率跳變。
增益階段：
需要提供CMOS或BJT增益級(jí)，有許多可接受的配置。該級(jí)的輸入和輸出阻抗會(huì)影響電路Q.放大器噪聲電平會(huì)影響相位噪聲和抖動(dòng)。這個(gè)階段在有源增益區(qū)域的偏置對(duì)于振蕩器啟動(dòng)至關(guān)重要。此外，此階段的帶寬會(huì)影響啟動(dòng)特性。如果Oscillator電路要在泛音上操作晶體，則在放大器電路中需要頻率選擇器件以確保電路僅在所需的晶體諧波處具有所需的增益和相移。
指定晶體和進(jìn)行檢查：
石英諧振器有許多參數(shù)應(yīng)該指定，以確保接收滿足最終應(yīng)用要求的器件。
•頻率
•校準(zhǔn)，設(shè)定點(diǎn)為25°C
•CLOAD
•穩(wěn)定性，頻率與溫度的關(guān)系，參考溫度為25°C
•工作溫度范圍
•Cl的最大ESR，晶體諧振電阻
•C0范圍，引腳對(duì)引腳電容
•LMOTIONAL或CMOTIONAL，設(shè)定晶體的可拉性
•驅(qū)動(dòng)器級(jí)別
•頻率和電阻的驅(qū)動(dòng)電平相關(guān)性（DLD）
•老化
•絕緣電阻
還有其他規(guī)格，例如每°C允許的最大頻率變化，或平滑曲線允許的最大頻率響應(yīng)（擾動(dòng)控制）。
進(jìn)貨檢驗(yàn)或測(cè)試需要專門的設(shè)備：
•晶體阻抗計(jì)（CI儀表）
•帶有特殊測(cè)試夾具和軟件的網(wǎng)絡(luò)分析儀
PWB/PCB布局：
電路板布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。以下是一些注意事項(xiàng)：
•引線長(zhǎng)度必須盡可能短。
•晶振引線具有高阻抗，對(duì)噪聲非常敏感。
•電容器和晶體封裝的接地節(jié)點(diǎn)不得涉及噪聲源的循環(huán)電流。
•如果引線上的泄漏路徑低于500K歐姆，這可能會(huì)影響振蕩器啟動(dòng)，并且還會(huì)將頻率移動(dòng)幾個(gè)ppm。當(dāng)晶體用于設(shè)置最終用戶提供的振蕩器的頻率時(shí)，必須進(jìn)行許多考慮和設(shè)計(jì)參數(shù)以確保最佳性能。
CLOADVALUE：
在大多數(shù)情況下，晶體以電抗負(fù)載運(yùn)行。這允許調(diào)整最終應(yīng)用中的最終頻率。通常需要這樣來(lái)校正晶體的頻率變化與時(shí)間的關(guān)系。CLOAD值確定頻率與負(fù)載電容的靈敏度。對(duì)于低值，AT切割晶體的靈敏度可以為30ppm/pF。使用較高的負(fù)載電容值會(huì)降低靈敏度，但會(huì)增加振蕩啟動(dòng)的難度。CLOAD的溫度特性可以改變振蕩器的頻率與溫度響應(yīng)。
由于石英晶體振蕩器容易受到外界因素而影響壽命，所以在使用之前最好先了解相關(guān)的儲(chǔ)存注意信息和使用規(guī)則，正常的情況下，晶振幾乎是可以無(wú)限使用的，只是每一年都會(huì)有一些損耗。因此有些采購(gòu)會(huì)有低損耗的要求，進(jìn)口晶振可以達(dá)到這一要求，金洛鑫電子代理臺(tái)灣晶振，日本晶振和歐美晶振，咨詢或訂購(gòu)請(qǐng)撥打熱線電話：0755-27837162。
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