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(yīng)。在石英水晶片的兩邊鍍上電極,,當(dāng)在兩電極上加一定的電壓時(shí),由于石英的壓電效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生形變,,從而給IC提供一個(gè)正弦波形,。這個(gè)正弦波形經(jīng)過IC的內(nèi)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(jié)合外圍電路構(gòu)成一個(gè)振蕩器才能輸出特定頻率的信號(hào),而這個(gè)蕩器需要外部電源提供驅(qū)動(dòng)電流,。
無源晶振構(gòu)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(shí)鐘電路中的重要組成部分,其性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,。無源晶振本身不具備內(nèi)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(xiàng)參數(shù)與電路匹配,,是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。以下是影響無源晶振性能的幾個(gè)主要參數(shù):
1. 頻率容差(Frequency Tolerance)
頻率容差表示晶振在標(biāo)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(shí)能更接近其標(biāo)稱頻率,保證系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性,。在許多高精度應(yīng)用中,,如通信設(shè)備和計(jì)時(shí)器,低頻率容差是確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵,。例如,,常見的32.768kHz晶振,通常在±20PPM范圍內(nèi),,應(yīng)用于對頻率要求較為嚴(yán)格的場合時(shí),,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(gè)等級,,其次10ppm,20ppm,30ppm,。
2. 負(fù)載電容(Load Capacitance)
負(fù)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(fù)載電容選擇不當(dāng),,可能導(dǎo)致晶振無法在正確的頻率上運(yùn)行,,影響振蕩電路的穩(wěn)定性和精度。音叉晶體常見的負(fù)載電容有6pF,,7pF,,9pF,12.5pF,;MHZ晶振常見的負(fù)載電容以12PF和20PF為廣泛,,其次8PF,9PF,,15PF,,18PF等等比較常用。設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)電路和晶振參數(shù)選擇合適的負(fù)載電容,。對于精密應(yīng)用,,負(fù)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(shí)鐘電路中,,負(fù)載電容的細(xì)微誤差都可能導(dǎo)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(nèi)部能量損耗的一個(gè)參數(shù),指晶體在振蕩時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)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(hào),,同時(shí)減少能量損耗,從而提高電路的啟動(dòng)性能和頻率穩(wěn)定性,。如果ESR過高,,可能會(huì)導(dǎo)致晶振難以啟動(dòng)或頻率穩(wěn)定性差,因此,,在選擇無源晶振時(shí)需要考慮ESR的大小,,特別是對于低功耗設(shè)計(jì),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(huì)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(yīng)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(yīng)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(shè)備在極端環(huán)境下依然保持穩(wěn)定運(yùn)行,。
所以無源晶振的性能由多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)決定,,頻率容差、負(fù)載電容,、ESR,、頻率溫度特性等因素確保電子設(shè)備長期穩(wěn)定、高效地運(yùn)行,。