石英晶体的设计应用.ppt

石英晶体的电子应用范围 谐振器与钟振器的应用范围十分广泛，由低端的玩具产品至高端的卫星通讯都会使用谐振器和钟振器 产品的基本应用是提供准确的时基，要产生时基电源是不可缺的，所以像厨房用的机械式定时器是没有使用石英器件的 目前我司的石英晶体产品主要分为两类：石英晶体谐振器和石英晶体振荡器（又叫做钟振器），前者行业中一般简称晶体，所谓晶振一般指振荡器 SMHF-49S3的结构图 三次泛音石英晶体谐振器的等效电路 基频与泛音典型振荡电路 石英晶体谐振器的基本参数 石英晶体谐振器的基本参数包括： 需要由需求方提出的基本要求： 标称频率： F 负载电容：CL 其它要求：工作温度范围、C0/C1等 2. 需要由供应商测试控制的参数： 频率精度：一般并联谐振电路用FL（ppm） 等效电阻：Rr(ohms) 静态电容：C0(pF) 动态电容：C1(fF) 等效电感：L(mH) 品质因数：Q(k) 牵引能力：TS(ppm/pF) 驱动功率依赖性：DLD 频率温度特性：TC(Relative to 25 C) 有源元件与被动元件 谐振器与钟振器的最大区别是，前者是被动元件，後者是有源元件。 谐振器是被动元件，产品本身并无讯号输出，只能在特定的条件下协助振荡电路将频率锁定，稳定性容易受外部元件影响。 钟振器是有源元件，特点是输出端能直接提供驱动讯号，频率的稳定性不容易受外接元件影响。 钟振器对比谐振器的优缺点 优点 直接输出讯号，不易受外部元件影响频率精度 精度比谐振器高，OCXO能达5x10E-10 使用放便，最终频率的精度由供应商控制，，可减省调频工序所花的费用 客户开发时能节省振荡电路的开发成本、时间，可更快地掌握商机 缺点 成本高 普通钟振的占用面积/体积大 同系列产品的高度比谐振器高，不利於有高度限制的使用条件 使用的灵活性比谐振器低 产品选用的基本原则 开发时间 应用目的 一般情况多以电气性能进行描述 应用时的外部环境 一般情况多以机械性能和产品温度特性进行描述 对产品的期望值 来料检验标准、产品可靠性、特殊要求。 电气特性 中心频率 负载电容 振荡模式/切型 频率误差 阻抗特性 温度特性 特殊特性 –牵引、CO/C1比、Q值、相位噪声 机械特性 外型尺寸 – 高度限制/焊盘尺寸/引线长短 抗振能力 抗冲击能力 耐湿耐热 外观 负载电容(CL)的选定 谐振器一如常见的电阻、电容是被动组件，其振荡性能和频率精度均受外部条件影响。最常见的是频率偏倚，常见原因是谐振器的规格与在板等效负载电容不符。 负载电容(CL)的选定 虽然外接电容值是固定的，但IC、三极管和PCB的分布电容会因加工工艺而做成差异。30 常见的反相器振荡电路设计，其等效负载可用: CL={C1 C2 / (C1 + C2)} + CS+ CIC CS:PCBA的分布电容 CIC:IC的输入/输出电容 振荡电路的负性阻抗(-R) 在设计振荡器时，工作时的相位和振荡电路的负性抗阻(-R)是要注意的。当振荡达至稳定时，其相位状态是: ω Le – 1 / ω C1 = 0 如上文所说，这受外部条件影响的。 振荡电路的-R对振荡的起动性能和稳定性是非常重要的。要达至振荡的最低条件是: Re = | –R | 振荡电路的负性阻抗(-R) 这个条件会随应用频率和应用环境而改变。当振荡电路的-R越大时，振荡电路越容易起振。建议用下标准作为设计指引: 设计基频振荡器 | –R | 谐振器最大规格电阻的10倍 设计泛音振荡器 | –R | 谐振器最大规格电阻的5倍 振荡电路的负性阻抗(-R) 在确认振荡电路的设计时，建议采用简易方法去确认振荡电路的-R的设计容差是否足够。 简易检测方法 方法是在谐振器一端串上固定电阻，电阻值是谐振器规格电阻的5-10倍。在串上电阻后重复测试振荡电路的起动情况。 振荡电路的负性阻抗(-R) 振荡电路的负性阻抗(-R) 简易检测方法的判断标准 当串上电阻后，振荡电路起振畅顺、振荡幅度合适，可将电阻去掉并放心使用。 在出现以下情况时，请与应达利的技术人员联系: 不起振 需要较长时间才能起振 振荡幅度非常微弱 驱动功率 石英谐振器是压电器件，AT切谐振器在工作中会因应电讯号而产生微细的机械变形 机械变形的幅度随驱动功率增加 。若驱动功率不受制时，当机械变形大于石英材料弹性能承受时，振子便会破裂损毁。 在设计振荡电路时应控制驱动功率，特别是涉及异步通讯的应用中，尽可能将驱动功率控制在10-100uW之间。 3-4 4-1 第4节电路设计的注意事项 4-2 4-3 振荡器起振条件 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 General References A. Ballato, Piezoele