無源晶振的工作原理以及主要影響參數(shù)
一,、無源晶振的工作原理
無源晶振的工作原理基于石英的壓電效應,。在石英水晶片的兩邊鍍上電極，當在兩電極上加一定的電壓時,，由于石英的壓電效應會產(chǎn)生形變,，從而給IC提供一個正弦波形。這個正弦波形經(jīng)過IC的內部整形和PLL（鎖相環(huán)）電路后，產(chǎn)生方波,，然后輸入給下級電路,。無源晶振必須結合外圍電路構成一個振蕩器才能輸出特定頻率的信號，而這個蕩器需要外部電源提供驅動電流,。
無源晶振構成示意圖
二,、無源晶振性能的主要影響參數(shù)
無源晶振作為時鐘電路中的重要組成部分，其性能直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性,。無源晶振本身不具備內部振蕩電路,，依賴外部電路產(chǎn)生振蕩。因此,，選擇合適的晶振并確保其各項參數(shù)與電路匹配,，是實現(xiàn)高效穩(wěn)定工作的關鍵。以下是影響無源晶振性能的幾個主要參數(shù)：
1. 頻率容差（Frequency Tolerance）
頻率容差表示晶振在標稱頻率上的允許偏差范圍,，通常以百分比或百萬分之一（PPM）表示,。較小的頻率容差意味著晶振在工作時能更接近其標稱頻率，保證系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性,。在許多高精度應用中,，如通信設備和計時器，低頻率容差是確保系統(tǒng)可靠運行的關鍵,。例如,，常見的32.768kHz晶振，通常在±20PPM范圍內,，應用于對頻率要求較為嚴格的場合時,，頻率容差越小，性能越優(yōu)異,。貼片無源晶振頻率容差通常為±10PPM/±20PPM比較常見,。對于插件圓柱晶振，±5ppm是圓柱晶振中精度較高的一個等級,，其次10ppm,，20ppm，30ppm,。
2. 負載電容（Load Capacitance）
負載電容是指無源晶振與外部電路中的電容匹配值,，直接影響到晶振的工作頻率。如果負載電容選擇不當,，可能導致晶振無法在正確的頻率上運行,，影響振蕩電路的穩(wěn)定性和精度。音叉晶體常見的負載電容有6pF,，7pF,，9pF,，12.5pF；MHZ晶振常見的負載電容以12PF和20PF為廣泛,，其次8PF,，9PF，15PF,，18PF等等比較常用,。設計時需根據(jù)電路和晶振參數(shù)選擇合適的負載電容。對于精密應用,，負載電容需要精確匹配才能確保頻率的穩(wěn)定性,，尤其是在時鐘電路中，負載電容的細微誤差都可能導致系統(tǒng)的頻率漂移,。
3. 等效串聯(lián)電阻（Equivalent Series Resistance, ESR）
ESR是衡量無源晶振內部能量損耗的一個參數(shù),，指晶體在振蕩時產(chǎn)生的內部阻抗。較低的ESR通常意味著晶振能夠更有效地產(chǎn)生振蕩信號,，同時減少能量損耗,，從而提高電路的啟動性能和頻率穩(wěn)定性。如果ESR過高,，可能會導致晶振難以啟動或頻率穩(wěn)定性差,，因此，在選擇無源晶振時需要考慮ESR的大小,，特別是對于低功耗設計,，低ESR晶振是優(yōu)先選擇。
4. 頻率溫度特性（Frequency vs. Temperature Stability）
溫度變化會影響晶振的振蕩頻率,。頻率溫度特性描述了晶振在不同溫度下的頻率漂移情況,。對于一些工業(yè)級或汽車級應用，要求晶振在極端溫度條件下仍能保持較高的頻率穩(wěn)定性,。例如,，工業(yè)級晶振的工作溫度范圍通常是-40°C到85°C，而汽車級應用則要求更寬的溫度范圍,，如-40°C到125°C,。選擇溫度特性良好的晶振，能夠確保設備在極端環(huán)境下依然保持穩(wěn)定運行,。
所以無源晶振的性能由多個關鍵參數(shù)決定,，頻率容差、負載電容,、ESR、頻率溫度特性等因素確保電子設備長期穩(wěn)定,、高效地運行,。