32.768K不被理解的两个方面

32.768K千赫手表晶体是当今全球最受欢迎的晶体单元之一.这种不同包装的晶体由数百万人制造,但仍是最不为人知的商用晶体单位之一.

根据我们的经验,这个水晶单元有两(2)个方面最不为人所知.

1.提供给晶体单元的驱动电平(电流)

2.给定温度范围内的频率偏差

驱动级别:

驱动电平定义为晶体单元电极上的可用电流.为了简单起见,该值通常是根据工作晶体单元消耗的功率量来指定的.因此,这些值的范围从几百毫瓦(毫瓦)到瓦(微瓦)不等,甚至在某些情况下,还有瓦(纳瓦)的范围.在32.768千赫手表晶体的情况下,最常见的驱动电平指定值是最大1.0瓦.这一点的显而易见的意义是,晶体单元的电极处可用的电流必须限制在一个值,该值将导致石英晶振单元在其工作状态下消耗不超过1.0W的功率.超过该值会导致频率的永久,不可逆变化,晶体单元相对于温度变化的不稳定行为,甚至由于石英板断裂导致晶体单元的灾难性故障.

适用振荡器电路的设计和该电路元件的选择对于实现推荐的驱动电平至关重要.通常情况下,使用的电路是围绕逆变器构建的,通常称为“并联谐振”电路.这种电路如图1.0所示.

图1.0

在图1.0所示的电路中,R1是一个电阻,其功能是迫使集成电路进入线性工作模式.R2是一个电阻器,其功能是限制晶体单元电极上的可用电流.因此,R2的值必须仔细计算和指定.由于逆变器芯片过多,每个芯片都有自己的内部设计和随后的工作特性,福克斯电子公司不能为R1或R2分配硬性和快速的值.

然而,我们发现,使用手表晶体的石英晶体振荡器振荡器电路的一个好的起点是R1最初被设置为20兆欧,R2被设置为0.500兆欧.此外,我们还发现将电容C1和C2设置在10到20pf之间的某个值可以提供一个良好的起点.

然而,我们确实像所有晶体供应商一样,为晶体单元的最大电阻指定一个值.由于手表晶体显示的振动类型,规定的最大电阻值相当高,通常为35至50千赫.在通常情况下,实际电阻约为规定最大值的75%,因此为R2值的计算提供了一个起点.

一旦计算完成,电路工作正常,测量晶体的实际电流就很重要.

对于32.768千赫手表晶体,流向晶体的电流非常低,通常为1.0瓦或更低.由于该液位太小,不允许使用示波器,建议使用电流探头和可选液位计.这种性质的典型设置如图2.0所示.

图2.0

强烈建议使用含铅晶体测量电流,即使生产中将使用SMD晶振.鉴于手表晶体的特性,不同封装之间不会遇到明显的工作参数差异.图3.0显示了电流探针与圆柱32.768石英谐振器引线的连接.

图3.0

如果没有电流探头,另一种方法是临时安装另一个电阻与晶体串联.应选择该电阻,使其值约等于圆柱晶振单元规定最大电阻的10%.该电阻器两端的电压降可通过常规方法测量,并通过欧姆定律计算通过电阻器的电流.一旦电流已知,就可以计算功耗值.

负电阻:

另一种可能采取的方法是,没有合适的电流测量设备,即"振荡裕量"或"负电阻"方法.

基本上,这种方法包括将一个可变电阻与晶体串联,该电阻的值为晶体规定最大串联电阻的5至10倍.当电阻设置为最大值时,振荡器电路通电,并用示波器监控输出波形.通过改变电阻值,将达到振荡器启动的点,波形的存在证明了这一点.在初始振荡点,可变电阻的值与图1.0中R2的值一起代表晶体将可靠启动和振荡的最大电阻和/或最小电流.此时测量电阻值,并使用相同或接近相同值的电阻来代替R2.

温度范围内的频率偏差:

像所有晶体供应商一样,FOX Crystal公司规定了一个温度范围内的频率偏差值.经验告诉我们,温度范围通常能够满足大多数客户的要求.即便如此,我们经常被问及如果温度范围被修改会有什么结果.

32.768千赫手表晶体的频率偏差与温度变化的曲线图呈抛物线(倒"U")形.在一定温度下,通常在25℃±5℃左右,频率对温度的偏差变为零,或者非常接近于零.发生这种情况的温度称为"周转"温度.翻转温度两侧的频率偏差相对于翻转点的频率为负.这种频率偏差与温度的关系如图4.0所示.

图4.0

翻转点发生的准确温度是特定石英板从原石切割的角度的函数.因此,理论上有可能改变周转温度,有时我们被要求这样做.实际上,最好记住这些晶振是由数百万人制造的,使用尽可能多的自动化过程.即便如此,这些设备的制造商很难跟上需求.对于非标准零件的有限运行,诱导制造商中断其制造顺序的可能性几乎为零.

上图中的频率偏差计算如下:

f=k*(T-To)2其中f是PPM的频率偏差,k是最大值为-0.04的常数.,T是任何温度,T0是翻转温度,等于25℃±5℃

据认为,所考虑的特定32.768K晶体单元将在指定范围之外的温度下振荡,但与标称值32.768千赫的偏差会不断增加.但是,由于温度的其他可能影响,在没有咨询工厂的情况下,不应在温度规格之外使用这些晶体.