晶體(crystal)是自然界存在的石英材料,也可以人造石英,目前做晶振的石英基本上都是人造的。其具有的壓電效應被人們用其來做頻率基準。可以這麼說吧,它就是塊以特定方式(at或bt等)切割的水晶。用它作振盪器時,結合具體的振盪電路(如克萊拍,考皮茲等)完成乙個完整的振盪電路的功能。那完整的振盪電路就是有源電路,而其中所用的一塊晶體就是無源晶體,有人叫無源晶振,那是不準確的。如果把完整的帶晶體的振盪電路整合在一塊,可能再加點其它控制功能整合到一起,封裝好,引幾個腳出來,這就是你所說的有源晶振。英文叫oscillator。而晶體則是crystal.可以說oscillator是crystal經過深加工的產品,而crystal是原材料。
1、有源晶振(oscillator)有4只引腳,是乙個完整的振盪器,其中除了石英晶體外,還有電晶體和阻容元件。
其次有源晶振, 訊號***,比較穩定,而且連線方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用乙個電容和電感構成的pi型濾波網路,輸出端用乙個小阻值的電阻過濾訊號即 可),不需要複雜的配置電路。其型號也縱比較多,而且每一種型號的引腳定義都有所不同,接髮也不同,一般有個點標記的為1腳,按逆時針(管腳向下)分別為 2、3、4。通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。相對於無源晶體,有源晶振的缺陷是其訊號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平, 靈活性較差,而且**高。對於時序要求敏感的應用,個人認為還是有源的晶振好,因為可以選用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補償晶振。有些dsp內部沒 有起振電路,只能使用有源的晶振,如ti 的6000系列等。有源晶振相比於無源晶體通常體積較大,但現在許多有源晶振是表貼的,體積和晶體相當,有的甚至比許多晶體還要小。
幾點注意事項:
1)、需要倍頻的dsp需要配置好pll周邊配置電路,主要是隔離和濾波;
2)、 20mhz以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩定度好,20mhz以上的大多是諧波的(如3次諧波、5次諧波等等),穩定度差,因此強烈建議使用低頻 的器件,畢竟倍頻用的pll電路需要的周邊配置主要是電容、電阻、電感,其穩定度和**方面遠遠好於晶體晶振器件;
3)、時鐘訊號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印製線間距盡可能大,緊靠器件布局佈線,必要時可以走內層,以及用地線包圍;
4)、通過背板從外部引入時鐘訊號時有特殊的設計要求,需要詳細參考相關的資料。
此外還要做一些說明:
總 體來說晶振的穩定度等方面好於晶體,尤其是精密測量等領域,絕大多數用的都是高檔的晶振,這樣就可以把各種補償技術整合在一起,減少了設計的複雜性。試 想,如果採用晶體,然後自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償,那樣的話設計的複雜性將是什麼樣的呢?我們這裡設計射頻電路等對時鐘要求高的場合,就是採用 高精度溫補晶振的,工業級的要好幾百元乙個。
特殊領域的應用如果找不到合適的晶振,也就是說設計的複雜性超出了市場上成品晶振水平,就必須自己設計了,這種情況下就要選用晶體了,不過這些晶體肯定不是市場上的普通晶體,而是特殊的高階晶體,如紅寶石晶體等等。
更高要求的領域情況更特殊,我們這裡在高精度測試時採用的時鐘甚至是原子鐘、銣鐘等裝置提供的,通過專用的射頻接外掛程式連線,是個大型裝置,相當笨重。
2、 無源晶振(crystal)有2個引腳的無極性元件,需要借助於時鐘電路才能產生振盪訊號,自身無法振盪起來.無源晶體沒有電壓的問題,訊號電平是可變 的,也就是說是根據起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用於多種電壓,可用於多種不同時鐘訊號電壓要求的dsp,而且**通常也較低,因此對於一般的應用 如果條件許可建議用晶體,這尤其適合於產品線豐富批量大的生產者。無源晶體相對於晶振而言其缺陷是訊號質量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用於訊號匹配 的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。建議採用精度較高的石英晶體,盡可能不要採用精度低的陶瓷警惕。
3、 諧振器一般分為外掛程式(dip)和貼片(smd)。外掛程式中又分為hc-49u、hc-49u/s、音叉型(圓柱)。hc-49u一般稱49u,有些採購俗稱 「高型」,而hc-49u/s一般稱49s,俗稱「矮型」。音叉型按照體積分可分為3*8,2*6,1*5,1*4等等。貼片型是按大小和腳位來分類。如 7*5(0705)、6*3.5(0603),5*3.2(5032)等等。腳位有4pin和2pin之分。
而振盪器也是可以分為外掛程式和貼片。插 件的可以按大小和腳位來分。例如所謂全尺寸的,又稱長方形或者14pin,半尺寸的又稱為正方形或者8pin。不過要注意的是,這裡的14pin和 8pin都是指振盪器內部核心ic的腳位數,振盪器本身是4pin。而從不同的應用層面來分,又可分為osc(普通鐘振), tcxo(溫度補償),vcxo(壓控),ocxo(恆溫)等等。
4、 基本術語。我想這也是很多採購同學比較模糊的地方。這裡我選了一些常用的諧振器術語拿來做一下解釋。
frequency tolerance(調整頻差):在規定條件下,在基準溫度(25±2℃)與標稱頻率允許的偏差。一般用ppm(百萬分之)表示。
frequency stability(溫度頻差):指在規定的工作溫度範圍內,與標稱頻率允許的偏差。用ppm表示。
aging(年老化率):在規定條件下,晶體工作頻率隨時間而允許的相對變化。以年為時間單位衡量時稱為年老化率。
shunt capacitance(靜電容):等效電路中與串聯臂並接的電容,也叫並電容,通常用c0表示。
load capacitance(負載電容):與晶體一起決定負載諧振頻率fl的有效外界電容,通常用cl表示。
一般最關注的引數有2個,即調整頻差,負載電容。有一部分對溫度頻差有要求。如果工作溫度範圍比較廣,則會對工作溫度範圍有所要求,即所謂寬溫。
5、 選用。主要講講諧振器。理論上來說,只要引數確定,選任何一種型號都是可以正常使用的。例如49u和49s替換,49s和圓柱以及和貼片替換,都是沒有問 題的。但在實際選擇中會根據電路特點,成本以及便利性來考量和選擇。一般來說,簡單的應用中主要都是從成本在考慮。但是有些產品或者電路會對晶振的等效電 阻,激勵功率等等提出要求,所以就會在不同的型號中加以選擇。另外,貼片則主要是為了適應產品日益小型化和提高生產效率的要求。聽到有些採購朋友說,只能 選49s而不能用49u或者反之,這是乙個小誤區。呵呵。
而鐘振的選擇則主要決定產品電路的特性的要求,一般來說鐘振在精密性以及需要達到相關應用的要求會更好。例如手機,通訊機站,衛星等等。
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