大家都知道有源晶振是一种本身自带有电压,不需要外部接电源的高级频率控制元件,恒温晶振是更高端的石英晶体振荡器,具有可使温度恒定的功能,一般用于对技术有高要求的航天、军事、工业、通信、网络、无线等领域。电压参考端和布置PCB板线路,是OCXO恒温晶振比较重要的两大技术要求。
通常时钟板上需要一个高精密的电压基准,解决的办法可以在时钟设计上增加一个高精密的电压基准芯片,但这样会带来时钟成本的上升。另外的解决办法可以从恒温晶振的电压参考端获得电压基准。由于OCXO通常是将电压基准放置在温度最恒定的地方,而且OCXO的恒温槽的控温精度通常为0.1℃,这样无形进一步减小了电压基准对温度变化的敏感程度。所以推荐采取OCXO电压参考端作为时钟的电压基准。
需要注意的是OCXO电压参考端的负载电流应该小于1mA。
压控纹波是否会影响晶振的稳定性
如果晶振压控电压发生改变,晶振的频率必然也随之变化。当干扰信号过大时会带来晶振抖动或相噪恶化,甚至发生频率改变。通常在晶振内部压控端设计了频响大于2KHZ的低通滤波环/回路以减小压控端外来纹波的干扰。如晶振工作环境存在较强外部干扰时,也可以在压控端外部增加低通滤波器。
晶振供电源系统设计应该注意哪些事项?
在晶振的电源输入端跨接一个10~100uF的钽电容或陶瓷电容,供电电压越低或供电PCB走线越细,电容的容值应相应增大以降低将纹波干扰。除此之外,在石英晶体振荡器的电源输入端还应该跨接一个0.01uF的陶瓷去耦电容,推荐采取”同层相连”的方法,切不可通过过孔在电源层和地线层相连。
对于恒温晶体振荡器还应该注意供电系统的功率需大于OCXO的启动功率并有一定的余量。
从PCB布线上考虑,基本原则如下:
输入线和输出线避免相邻平行,以免产生反射干扰。
多考虑电源和地线产生的噪音干扰:加去耦电容;加宽电源和地线。线宽符合地线>电源线>信号线规则,并采用大面积铜层做地线。
考虑信号串扰,远离地线,移开串扰信号或屏蔽被干扰的信号。
尽量保证地层的完整性。
从布局上考虑
晶振尽量焊在PCB上,少用插座方式。
高频信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件。
数字地与模拟地由一点短接或通过外界接口相连(如插座)。
晶振在设备放置在什么位置最好?
由于影响恒温石英晶体振荡器短期稳定性的主要因素是温度变化,在设计通盘布局的考虑下,尽量避免将晶振靠近机箱外壳或靠近温变较大的部件如风扇,还应该远离大功率射频器件如射频功放。在振动或存在加速度变化的环境下,还应该考虑晶振的受力,确保应力分布均匀,并采取有效缓冲等减振措施。
电源纹波是否会对晶振产生影响?
通常,OCXO晶振对电源的纹波和噪声的要求,小于输出电压的1%,由于晶振内部有高精密电压基准,其纹波抑制、负载调整率都非常优良,精度可以达到3ppm/℃。电源系统1%以内的纹波对晶振的干扰可以忽略。