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[电子电路] 晶振与晶体的参数详细介绍

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发表于 2023-1-12 11:02:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
1.晶振与晶体的区别
(1) 晶振是有源晶振的简称,又叫振荡器。英文名称是oscillator。晶体则是无源晶振的简称,也叫谐振器。英文名称是crystal.
(2) 无源晶振(晶体)一般是直插两个脚的无极性元件,需要借助时钟电路才能产生振荡信号。常见的有49U、49S封装。
(3) 有源晶振(晶振)一般是表贴四个脚的封装,内部有时钟电路,只需供电便可产生振荡信号。一般分7050、5032、3225、2520几种封装形式。

2. MEMS硅晶振与石英晶振区别
MEMS硅晶振采用硅为原材料,采用先进的半导体工艺制造而成。因此在高性能与低成本方面,有明显于石英的优势,具体表现在以下方面:
(1) 全自动化半导体工艺(芯片级),无气密性问题,永不停振。
(2) 内部包含温补电路,无温漂,-40—85℃全温保证。
(3) 支持1-800MHZ任一频点,精确致小数点后5位输出。
(4) 支持1.8V、2.5V、2.8V、3.3V多种工作电压匹配。
(5) 支持10PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM等各种精度匹配。
(6) 支持7050、5032、3225、2520所有标准尺寸封装。
(7) 支持差分输出、单端输出、压控(VCXO)、温补(TCXO)等产品种类。

3. 关键参数
3.1 标称频率
指晶体元件规范中所指定的频率,也即用户在电路设计和元件选购时所希望的理想工作频率。
3.2 调整频差
基准温度时,工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常用ppm(1/106)表示。
3.3 温度频差
在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。常用ppm(1/106)表示。
3.4 老化率
指在规定条件下,由于时间所引起的频率漂移。这一指标对精密晶体是必要的,但它“没有明确的试验条件,而是由制造商通过对所有产品有计划抽验进行连续监督的,某些晶体元件可能比规定的水平要差,这是允许的”(根据IEC的公告)。老化问题的最好解决方法只能靠制造商和用户之间的密切协商。
3.5 谐振电阻(Rr)
指晶体元件在谐振频率处的等效电阻,当不考虑C0的作用,也近似等于所谓晶体的动态电阻R1或称等效串联电阻(ESR)。这个参数控制着晶体元件的品质因数,还决定所应用电路中的晶体振荡电平,因而影响晶体的稳定性以致是否可以理想的起振。所以它是晶体元件的一个重要指标参数。一般的,对于一给定频率,选用的晶体盒越小,ESR的平均值可能就越高;绝大多数情况,在制造过程中并不能预计具体某个晶体元件的电阻值,而只能保证电阻将低于规范中所给的最大值。
3.6 负载谐振电阻(RL)
指晶体元件与规定外部电容相串联,在负载谐振频率FL时的电阻。对一给定晶体元体,其负载谐振电阻值取决于和该元件一起工作的负载电容值,串上负载电容后的谐振电阻,总是大于晶体元件本身的谐振电阻。
3.7 负载电容(CL)
与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容。晶体元件规范中的CL是一个测试条件也是一个使用条件,这个值可在用户具体使用时根据情况作适当调整,来微调FL的实际工作频率(也即晶体的制造公差可调整)。但它有一个合适值,否则会给振荡电路带来恶化,其值通常采用10pF、15pF 、20pF、30pF、50pF、∝等,其中当CL标为∝时表示其应用在串联谐振型电路中,不要再加负载电容,并且工作频率就是晶体的(串联)谐振频率Fr。用户应当注意,对于某些晶体(包括不封装的振子应用),在某一生产规范既定的负载电容下(特别是小负载电容时),±0.5pF的电路实际电容的偏差就能产生±10×10-6的频率误差。因此,负载电容是一个非常重要的订货规范指标。
3.8 静态电容(C0)
等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。
3.9 动态电容(C1)
等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积,另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。
3.10 动态电感(L1)
等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相关量。
3.11 谐振频率(Fr)
指在规定条件下,晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个频率。根据等效电路,当不考虑C0的作用,Fr由C1和L1决定,近似等于所谓串联(支路)谐振频率(Fs)。这一频率是晶体的自然谐振频率,它在高稳晶振的设计中,是作为使晶振稳定工作于标称频率、确定频率调整范围、设置频率微调装置等要求时的设计参数。
3.12 负载谐振频率(FL)
指在规定条件下,晶体元件与一负载电容串联或并联,其组合阻抗呈现为电阻性时两个频率中的一个频率。在串联负载电容时,FL是两个频率中较低的那个频率;在并联负载电容时,FL则是其中较高的那个频率。对于某一给定的负载电容值(CL),就实际效果,这两个频率是相同的;而且这一频率是晶体的绝大多数应用时,在电路中所表现的实际频率,也是制造厂商为满足用户对产品符合标称频率要求的测试指标参数。


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