《常温晶振电路的优化分析与应用》.pdfVIP

《常温晶振电路的优化分析与应用》 青岛市广播电视科研所王青谭明勇隋志国9906 摘要本文以实测数据分析74,型常温晶振所涉及的电容和晶体等元件在温度变化 时对时钟频率的影响，分析了几种元件的离散性以及晶体起振条件，对几种晶振电 路的性能价格比和调试成本作了综合权衡，指出时钟晶振电路的设计生产中的不良 习惯将带来极大的偏差，而按本文在误差分配，软硬件相关调配等方面加以优化即 可得到较满意的指标。 1．常温晶振的误差与环境需要相称 在许多单片机的资料中，标明的单片机晶振电容为：51系列30P，PIC系列15P。 虽然未标明元件参数误差范围，但作为不苛求计时误差的场合可能是无所谓的， 实 际使用中元件参数很不严格。 经实测几种电路板，所用电容的偏差达50％．且大多是温度特性较差的瓷片电 容，而晶体大多为廉价晶体，以至准确性误差跌到10—3，温度影响约10一4，如果将 这样的电路用于计时并以晶振的标称值直接作基准，那么日误差将达1分钟，温度 漂移也将有数秒钟／天。即便用于可外部同步时钟，其自运行误差也是不可容忍的。 实际上常温品振只要使用得当是可以满足各自场合的要求的， 其优化指标为 5．10—6，日误差相当于O．5秒，作为可外同步时钟甚至独立时钟误差是够用的。如石 英手表所采用的晶体是按戴在手腕上的温度范围内频漂最小设计的，起初它还需用 可调电容微调振荡频率，后来采用激光修正技术提高了晶体的一致性，不需在装机 后微调，便于大规摸生产。 精度高一档的是温补晶振，用温感元件反馈给压控晶振，稳定性为10—6的也得需 要数百元一只，而采用自动加温技术的恒温晶振，精度越高价格也越高，稳定性为 10“的也得需要数百元一只，作为工作母钟精度嫌不够高，而作为子钟用一般又偏 贵。 作为可外同步的子钟，较合适的作法是用单片机控制输入时码，用常温晶振维 持中精度运行和作输出显示。它所需要的常温晶振振荡频率与涉及的元器件关系需 要格外注意，尤其是近年来新的元器件性能有很大变化，而有关资料和分析却很少。 多年来我们在这方面作了一些工作，在校时钟和子钟产品中使用了近千个仔细调整 的常温晶振，既满足要求又降低了成本，符合物尽其用的原则，提高了产品的竞争 力。为进一步提高工作水平，现结合多年来的实践经验总结分析如下。 2．与晶体振荡有关的元器件参数分析 2．1几种电容器的标稚容量离散性和温度特性 我们分别从几种袋装、带装的瓷片电容、云母电容中按等间距抽取八个样品， 并在某一抽取处集中加抽二个，共1。个样品为一组，用WK4225型测试仪测其容量值。 离散值列表并绘分布曲线。 平均值为：A=(A1+A2+…+A10)／10 进一步，用电热吹风对电容器进行缓慢加温．测其温度值(测温表为DT940C)和 容量值，列表并绘曲线。 电容量变化的“最大斜率”为：△Cmax／△T △T变温区内电容量相对变化的“最大变比”为：△Cmax／C 2．1．1云母电容 21．1．1 型号 CY2—1A国产 标称值 36P标称误差 ±10％ 37．46P O．95 实测平均值 标准差 38．338．637．137．138．437．536．735．736．838．4 分布图为 C 随温度变化数据及图表： 最大斜率=O，0188P／5C最大变比0．0158／18～50℃ C 39．5 号 倡℃—-50℃—-18℃—+50℃ 1 38．538．838．539．1 10 385 38．838．5389 39·。i／ 5 38．638．838．539．1 38．5 ／／ I／