当进行需要受控定时的新设计时,通常的考虑是确定定时设备是晶体还是振荡器。CEOB2B晶振平台比较了这种选择的设计和操作影响。它还考虑使用KHz到1GHz以上的石英晶振和石英晶体振荡器。
1、使用晶体的设计考虑
石英晶振仅在最终应用中提供频率选择元件。需要外部元件,并且需要增益级来获得最终所需的时钟信号。晶体频率范围通常被认为小于160兆赫。高于这个频率的晶体需要复杂的电路设计,难以调谐,并且需要专门的高频晶体。
1.1增益级
需要提供CMOS或BJT增益级,有许多可接受的配置。该级的输入和输出阻抗影响电路q。放大器噪声电平影响相位噪声和抖动。有源增益区中的这一级偏置对振荡器启动至关重要。此外,这个阶段的带宽会影响启动特性。如果石英晶体振荡器电路要在泛音上操作晶体,那么放大器电路中需要一个频率选择装置,以确保该电路在期望的泛音上仅具有所需的增益和相移。
1.2晶体驱动电平
振荡器电路在晶体谐振时产生交流电流。该交流电流或驱动电平必须低于临界值,否则晶振会损坏。过大的电流会导致晶体运动超过弹性极限并断裂。XY切割(音叉) 32.768 khz手表晶体必须限制在大约5a或更小,否则晶体的尖齿会断裂。
大于1MHz的晶体通常位于切割晶体处。这些设备可容忍宽的驱动器级别射程。直到达到毫瓦驱动器水平,才会出现断裂。增加的老化可能发生在更高的μW驱动范围。过度驱动晶体会激发不想要的振动模式。这些罐头导致在变化狭窄温度范围上的严重频率跳变。
1.3 CLOAD值
在大多数情况下,晶体是在无功负载下运行的。这允许最终的调整最终应用中的频率。这通常是校正频率变化相对于水晶的时间。CLOAD值决定了频率与负载电容灵敏度的关系。AT切割晶体对于低值的灵敏度可以为30 ppm / pF。使用较高的负载值电容降低了灵敏度,但增加了振荡启动的难度。克劳德的温度特性可以改变振荡器的频率-温度响应。
1.4频率温度特性
晶体的频率响应是通过切割穿过贴片晶振的原子平面的晶体来确定的。这导致稳定且可重复的温度响应。该图显示了AT切割晶体不同切割的频率温度响应。每条曲线有2分钟的弧线不同。
CLOAD温度系数可以将该响应改变许多分钟。CLOAD值和电容器对于振荡器满足期望的特性至关重要。放大器的CSTRAY和放大器相移随温度的变化都影响频率温度特性。
1.4.1 AT切割晶体的频率与温度函数
1.5规定晶体和进货检验
晶体有许多参数应该被指定,以确保接收到满足最终应用要求的设备。
1、频率
2、校准,设定温度为25℃
3、克洛德
4、稳定性、频率与温度的关系,以25°C为基准
5、工作温度范围
6、Cl的最大ESR,晶体谐振电阻
7、C0范围,引脚间电容
8、动态或CMOTIONAL,设置晶体的可拉性
9、驾驶水平
10、频率和电阻的驱动电平相关性( DLD )
11、老化
12、绝缘电阻
还有其他规范,例如每C的最大允许频率变化,或者平滑曲线的最大允许响应(扰动控制)。进货检验或测试需要专用设备:
晶体阻抗计
具有特殊测试装置和软件的网络分析仪
1.6印刷电路板/印刷电路板布局
电路板布局对于实现最佳性能至关重要。以下是一些注意事项:
1、引线长度必须尽可能短。
2、通向晶体的导线阻抗高,对噪声非常敏感
3、电容器和晶体封装的接地节点不得涉及循环噪声源的电流。
4、如果引线上的泄漏路径低于500千欧姆,这可能会影响有源晶振的启动
并且还将使频率偏移几ppm。
当晶体用于设置最终用户提供的振荡器的频率时,有许多考虑因素和设计参数必须做,以确保最佳性能。
2、使用振荡器的设计考虑
振荡器包括1-1.7中关于使用晶体的所有考虑。幸运的是,有几个当使用振荡器时,使用晶体操作的复杂性可以很容易地解决。振荡器安装了未完成的晶体,在过程的最后阶段,
1、晶体的频率在室温下校准。
2、晶体与振荡器电路的温度系数匹配。水晶
3、改变角度或切口以偏移振荡器电路的温度系数。
然后,通向晶体的引线通常被密封在密封晶体封装中,以尽量减少最终使用可能会改变振荡器性能的任何机会。
用示波器、频率
计数器和电源。
2.1使用晶体与振荡器的应用比较