用于PSPICE仿真的扩展晶振模型

石英晶体振子是振荡器中的重要元件,晶体的频率(基频或n次谐波频率)及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向.石英晶体谐振器的基本结构(金属壳)封装及其等效电路.石英晶振有天然的也有人造的,是一种重要的压电晶体材料.

当使用标准Spice时,对于与温度相关的晶体模型的建模存在某些限制.通常用于石英晶体模型电阻器,电感器和电容器的元件仅提供二次温度系数(图1).

此外,无法将温度作为原始Spice中的全局变量进行访问.因此,只能在一个温度下对晶振进行建模.

但是,现在,可以通过Pspice8.0版中的ABM源访问全局变温来模拟石英晶体的温度特性.用一个使用受控电流和电压源的电感器模型替换电感器非常重要.当使用其他仿真软件(如ICAP/4)时,电感的值可以用直接访问全局温度变量的公式代替.但是,在Pspice模拟中,有必要采用环形方法,使用受控源来实现目标.

用于石英晶体的与温度无关的Spice模型在Lisitng1中给出.该模型代表图1的等效电路.频率确定元件是串联谐振电路C1和L1.因此,可以通过改变C1和/或L1的值来观察频率的温度依赖性.

晶振的每个参数通常都与温度有关(晶体频率,C0,C1,R1,......).模拟中C1和C0的变化可以忽略不计.实际晶体的串联电阻R1的变化不能用简单的公式来描述.因此,我们假设模型的温度无关的R1值,并假设C1和C0的值在整个温度范围内是恒定的.因此,温度的频率变化通过电感值的变化来实现.不幸的是,用一个包含全局变量温度的公式来简单地替换电感值是不可能的.因此,整个电感器必须由ABM源替换.该ABM源允许在Pspice版本8中使用全局变量温度.图2).

电感器L1已经被电流源G3代替,电流源G3本身具有镜像功能,用于在工作点通过参考电感器L3的电流.测得的电压V(out,in)乘以一个因子来改变电感的值.使用电压源E5构建的该因子是根据谐振器的立方温度特性的温度相关函数.

该晶体模型的库文件具有以下结构,如清单2所示.TeleQuarz提供了一个小程序来简化该模型的构建(图3).该程序生成具有众所周知的等效电路的贴片晶振模型,包括晶体参数的影响：频率,负载电容,C1,R1和C0.作为一种选择,该程序还可以生成所谓的“扩展Pspice温度模型”,包括石英晶体的温度系数.