石英晶振设计备注

石英晶振设计备注

串联与并联

"串联"谐振晶体用于振荡器反馈环路中不含无功分量的电路中."并联"谐振晶体用于在振荡器反馈环路中包含无功分量(通常是电容器)的电路中.这种电路依赖于无功元件和晶体的组合,以实现必要的相移,从而启动并保持在额定频率的振荡.两个这样的电路的基本描述

图1

负载电容

这是指晶振外部的电容,包含在振荡器电路的反馈环路中.如果应用需要一个"并联"谐振晶体,则必须指定负载电容的值.如果应用需要一个"串联"谐振晶体,则负载电容不是一个因素,也不需要指定.负载电容是PCB上晶振引脚上测量或计算的电容值.

频率容差

频率容差指在特定温度(通常为+25°C)下与标称值的允许偏差,单位为ppm.

频率稳定度

频率稳定性指额定温度范围内的容许偏差,单位为百万分之几(PPM).偏差以+25°C时测得的频率为基准.

老化

老化是指晶体单位经历的频率随时间的累积变化.影响时效的因素有过高的驱动电平,各种热效应,线材疲劳和摩擦磨损.采用低工作环境和最小驱动电平的电路设计将降低老化率.

可拉性可拉性是指晶体单元的频率从自然谐振频率(fr)到负载谐振器频率的变化(fL),或者从一个负载谐振频率到另一个负载谐振频率.见图6在给定的负载电容值下,给定晶体单元表现出的可拉性的量是并联电容(CO)和运动电容的函数1)的晶体单元.

图2

等效电路等效电路,如图7,是在自然谐振频率下操作时石英晶振单元的电描述.CO或并联电容表示晶体电极的电容加上保持器和引线的电容.R1,c1,和我1构成晶体的“运动臂”,称为运动参数.运动电感(L1)表示晶体单元的振动质量.运动电容(c1),表示石英的弹性和电阻(R1),表示发生在石英内的体积损失.

图3

阻抗/电抗曲线晶体具有两个零相位频率,如图82.第一个或两者中较低的一个是串联谐振频率,表示为(f此时,晶体在电路中表现为电阻性,阻抗最小,电流最大.随着频率增加超过串联谐振点,贴片晶振在电路中表现为感性.当运动电感和并联电容的电抗消除时,晶体处于反谐振频率,表示为(f

图4

品质因数(Q)

晶体单位的“Q”值是单位相对质量或振荡效率的量度.晶体单元可达到的最大稳定性取决于“Q”值.在图8

以上,串联和并联频率之间的间隔称为带宽.带宽越小,Q值越高,电抗斜率越陡.外部电路元件电抗的变化对高Q晶体的影响较小(较小的“可拉性”),因此这样的器件更稳定.

负载电容的计算

如果并联版本的电路配置如图5所示,则可以通过下式计算负载电容:cL1*cL

2cL=cL1+cL2+杂散

CSTRAY包括的微处理器芯片的引脚间输入和输出电容晶体1以及晶体2引脚,加上任何寄生电容.根据经验,CSTRAY可以假定等于5.0pF.因此,如果CL1=CL2=50pF,CL=30pF.

调整灵敏度

调整灵敏度是负载电容值增量变化时增量小数频率变化的量度.调整灵敏度(S)用ppm/pF表示,计算公式如下:S=c1

*10000002*cT

2其中(cT)是co和c的和L

表面贴装器件的回流焊SMD晶振单元的安装通常通过焊料回流来完成,在图9

要么通过红外加热,要么通过气相.下图描述了两种方法中每种方法的推荐时间和温度: