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石英晶振
閱讀�17492�(shí)間:2010-09-13 14:55:30

  石英晶振即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時(shí)鐘振蕩器的統(tǒng)稱。不過由于在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中,諧振器用的更多,所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了,后者就是通常所指鐘�。石英晶振是一種用于穩(wěn)定頻率和選擇頻率的電子元件,已被廣泛地使用在無線電話、載波通訊、廣播電�、衛(wèi)星通訊、數(shù)字儀�、鐘表等各種電子�(shè)備中�

分類

  首先說一下石英晶振諧振器。諧振器一般分為插�(Dip)和貼�(SMD)插件中又分為HC-49U、HC-49S、HC-49SS、音叉型(柱狀晶振)。HC-49U一般稱49U,有些采購俗�"高型",而HC-49S一般稱49S,俗�"矮型",HC-49SS一般稱49SS,俗�(超矮�,通常�2.5mm封裝高度),音叉型按照體積分可以分�3*9�3*8�2*6��1*5��1*4等等。貼片型是按大小和腳位來分類。例�7*5(0705)�6*3.5(0603)�5*3.2(5032)等等。腳位有4pin�2pin之分。而振蕩器也可以分為插件和貼片。插件可以按大小和腳位來分。例如所謂全尺寸�,又稱長方形或�14pin,半尺寸的又稱正方形或�8pin。不過要注意的是,這里�14pin�8pin都是指振蕩器�(nèi)部核心IC的腳位數(shù)。振蕩器本身�4pin。而從不同的應(yīng)用層面來�,又可分為OSC(普通鐘�)、TCXO(溫補(bǔ)鐘振)、VCXO(壓控鐘振)、OCXO(恒溫鐘振)等等�

參數(shù)

  1� �(biāo)稱頻率:晶體技�(shù)條件中規(guī)定的頻率,通常�(biāo)�(shí)在產(chǎn)品外殼上�

  2� 工作頻率:晶體與工作電路共同�(chǎn)生的頻率�

  3� �(diào)整頻差:在規(guī)定條件下,基�(zhǔn)溫度�25±2℃)�(shí)工作頻率相對于標(biāo)稱頻率所允許的偏��

  4� 溫度頻差:在�(guī)定條件下,在工作溫度范圍�(nèi)相對于基�(zhǔn)溫度�25±2℃)�(shí)工作頻率的允許偏��

  5� 老化率:在規(guī)定條件下,晶體工作頻率隨�(shí)間而允許的相對變化。以年為�(shí)間單位衡量時(shí)稱為年老化��

  6� 靜電容:等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容,也叫并電容,通常用C0表示�

  7� �(fù)載電容:與晶體一起決定負(fù)載諧振頻率fL的有效外界電容,通常用CL表示�

  �(fù)載電容系列是�8PF�12PF�15PF�20PF�30PF�50PF�100PF�

  只要可能就應(yīng)選推薦值:10PF�20PF�30PF�50PF�100PF�

  8� �(fù)載諧振頻率(fL):在規(guī)定條件下,晶體與一�(fù)載電容相串聯(lián)或相并聯(lián),其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時(shí)的兩�(gè)頻率中的一�(gè)頻率。在串聯(lián)�(fù)載電容時(shí),負(fù)載諧振頻率是兩�(gè)頻率中較低的一�(gè),在并聯(lián)�(fù)載電容時(shí),則是兩�(gè)頻率中較高的一�(gè)�   9� �(dòng)�(tài)電阻:串�(lián)諧振頻率下的等效電阻。用R1表示�

  10� �(fù)載諧振電阻:在負(fù)載諧振頻率時(shí)呈現(xiàn)的等效電�。用RL表示?!L=R1�1+C0/CL�

  11� 激�(lì)電平:晶體工作時(shí)所消耗功率的表征值�

  激�(lì)電平可選值有�2mW�1mW�0.5mW �0.2mW�0.1mW�50μW�20μW�10μW�1μW�0.1μW等�

  12� 基頻:在振動(dòng)模式階次的振�(dòng)頻率�

  13� 泛音:晶體振�(dòng)的機(jī)械諧�。泛音頻率與基頻頻率之比接近整數(shù)倍但不是整數(shù)倍,這是它與電氣諧波的主要區(qū)�。泛音振�(dòng)�3次泛��5次泛��7次泛��9次泛音等�

使用

  �(dǎo)腳型晶振

  ·�(gòu)�

  圓柱型晶� (VT, VTC) 用玻璃密�

  ·修改彎曲�(dǎo)腳的方法

  (1) 要修改彎曲的�(dǎo)腳時(shí),以及要取出晶振等情況下不能�(qiáng)制拔出導(dǎo)�,如果強(qiáng)制地拔出�(dǎo)腳,�(huì)引起玻璃的破�,而導(dǎo)致殼�(nèi)真空濃度的下�,有可能促使晶振特性的惡化以及晶振芯片的破��

  (2) 要修改彎曲的�(dǎo)腳時(shí),要壓住外殼基側(cè)的導(dǎo)�,且從上下方壓住彎曲的部位,再�(jìn)行修��

  ·彎曲�(dǎo)腳的方法

  (1) 將導(dǎo)腳彎曲之后并�(jìn)行焊接時(shí),導(dǎo)腳上要留下離外殼0.5mm的直線部�。如果不留出�(dǎo)腳的直線部位而將�(dǎo)腳彎曲,有可能導(dǎo)致玻璃的破碎 �

  (2) 在導(dǎo)腳焊接完畢之后再將導(dǎo)腳彎曲時(shí),務(wù)必請留出大于外殼直徑長度的空閑部�,如果直接在外殼部位焊接,會(huì)�(dǎo)致殼�(nèi)真空濃度的下�,使晶振特性惡化以及晶振芯片的破損�

  �(yīng)注意將晶振平放時(shí),不要使之與�(dǎo)腳相碰撞,請放長從外殼部位到線路板為止的�(dǎo)腳長� (L) ,并使之大于外殼的直徑長�(D)�

  ·焊接方法

  焊接部位僅局限于�(dǎo)腳離開玻璃纖部位 1.0mm 以上的部�,并且請不要對外殼�(jìn)行焊接。另�,如果利用高溫或長時(shí)間對�(dǎo)腳部位�(jìn)行加熱,�(huì)�(dǎo)致晶振特性的惡化以及晶振的破損�

  因此,請注意對導(dǎo)腳部位的加熱溫度要控制在 300°C 以下,且加熱�(shí)間要控制�5秒以�(nèi) (外殼的部位的加熱溫度要控制在150°C 以下)�

  SMD型晶�

  ·焊接方法

  (1) 回流的溫度條�。SMD晶振的焊接條件示� (260°C 峰�: 無鉛�(chǎn)�)

  �(guān)于沖洗清�

  音叉型晶振由于采用小�、薄型的晶振芯片,以及相對而言頻率與超音波清潔器相�,所以會(huì)由于共振而容易受到破壞,因此請不要用超音波清潔器來沖洗晶��

  �(guān)于機(jī)械性沖�

  (1) 從設(shè)�(jì)角度而言,即使石英晶振從高度75cm處落到硬�(zhì)木板上三�,按照設(shè)�(jì)不會(huì)�(fā)生什么問�,但因落下時(shí)的不同條件而異,有可能�(dǎo)致石英芯片的破損。在使之落下�?qū)λ┘記_擊之�(shí),在使用之前,建議確�(rèn)一下振蕩檢查等的條��

  (2) SMD石英晶振與電阻以及電容器的芯片產(chǎn)品不�,由于在�(nèi)部對石英片�(jìn)行了密封保護(hù),因此關(guān)于在自動(dòng)安裝�(shí)由于沖擊而導(dǎo)致的影響,請?jiān)谑褂弥?,懇請貴公司另外�(jìn)行確�(rèn)工作�

  (3) 請盡量避免將本公司的音叉型晶振與�(jī)械性振�(dòng)�(包括超聲波振�(dòng)�)安裝到同一塊基板上,不得已要安裝到同一塊基板上�(shí),請確保晶振能正常工��

原理

  晶振是石英振蕩器的簡稱,英文名為Crystal,它是時(shí)鐘電路中最重要的部�,它的作用是向顯�、網(wǎng)�、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率,它就像�(gè)�(biāo)�,工作頻率不�(wěn)定會(huì)造成相關(guān)�(shè)備工作頻率不�(wěn)定,自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝不斷提高,�(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定�、老化�、密封性等重要技�(shù)指標(biāo)都很�,已不容易出�(xiàn)故障,但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的�(zhì)��

  晶振一般叫做晶體諧振器,是一種機(jī)電器�,是用電損耗很小的石英晶體�(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做�。這種晶體有一�(gè)很重要的特�,如果給他通電,他就會(huì)�(chǎn)生機(jī)械振�,反�,如果給他機(jī)械力,他又會(huì)�(chǎn)生電,這種特性叫�(jī)電效�(yīng)。他們有一�(gè)很重要的特點(diǎn),其振蕩頻率與他們的形狀,材料,切割方向等密切相�(guān)。由于石英晶體化�(xué)性能非常�(wěn)定,熱膨脹系�(shù)非常�,其振蕩頻率也非常穩(wěn)�,由于控制幾何尺寸可以做到很精密,因此,其諧振頻率也很準(zhǔn)��

  根據(jù)石英晶體的機(jī)電效�(yīng),我們可以把它等效為一�(gè)電磁振蕩回路,即諧振回路。他們的�(jī)電效�(yīng)是機(jī)-�-�(jī)-�....的不斷轉(zhuǎn)�,由電感和電容組成的諧振回路是電�-磁場的不斷轉(zhuǎn)�。在電路中的�(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一�(gè)高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小,即Q 值非常高,做振蕩器用�(shí),可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩,作濾波器用,可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線�

  晶振在應(yīng)用具體起到什么作�

  微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類:基于機(jī)械諧振器件的�(shí)鐘源,如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電�、電容)振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置,適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩�?;诰д衽c陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系�(shù)。RC振蕩器能夠快速啟�(dòng),成本也比較�,但通常在整�(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差,會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5[%]�50[%]范圍�(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影�。需�(rèn)真對待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。在使用�(shí),陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根�(jù)特定的邏輯系列�(jìn)行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對放大器的選擇并不敏�,但在過�(qū)�(dòng)�(shí)很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞�。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有:電磁干擾(EMI�、機(jī)械震�(dòng)與沖�、濕度和溫度。這些因素�(huì)增大輸出頻率的變�,增加不�(wěn)定性,并且在有些情況下,還�(huì)造成振蕩器停��

  上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩�、提供低阻方波輸�,并且能夠在一定條件下保證�(yùn)�。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成RC振蕩器(硅振蕩器�。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高,多�(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木�?/FONT>

  選擇振蕩器時(shí)還需要考慮功�。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路�(nèi)部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正�,可以表示為功率耗散電容值。比�,HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz�5V電源下工作時(shí),相�(dāng)�1.8mA的電源電�。再加上20pF的晶振負(fù)載電容,整�(gè)電源電流�2.2mA。陶瓷諧振槽路一般具有較大的�(fù)載電�,相�(yīng)地也需要更多的電流。相比之下,晶振模塊一般需要電源電流為10mA ~60mA。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能,范圍可以從低頻(固定)器件的幾�(gè)微安到可編程器件的幾�(gè)毫安。一種低功率的硅振蕩器,如MAX7375,工作在4MHz�(shí)只需不到2mA的電流�

�(shè)�(jì)

  1:如何選擇晶��

  對于一�(gè)高可靠性的系統(tǒng)�(shè)�(jì),晶體的選擇非常重要,尤其設(shè)�(jì)帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功�)的系�(tǒng)。這是�?yàn)榈凸╇婋妷菏固峁┙o晶體的激�(lì)功率減少,造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一�(xiàn)象在上電�(fù)位時(shí)并不特別明顯,原因時(shí)上電�(shí)電路有足夠的擾動(dòng),很容易建立振蕩。在睡眠喚醒�(shí),電路的擾動(dòng)要比上電�(shí)小得�,起振變得很不容易。在振蕩回路�,晶體既不能過激�(lì)(容易振到高次諧波�)也不能欠激�(lì)(不容易起�)。晶體的選擇至少必須考慮:諧振頻�(diǎn),負(fù)載電�,激�(lì)功率,溫度特�,長期穩(wěn)定��

  2:如何判斷晶振是否被過分�(qū)�(dòng)�

  電阻RS常用來防止晶振被過分�(qū)�(dòng)。過分驅(qū)�(dòng)晶振�(huì)漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍,這將引起頻率的上�??捎靡慌_(tái)示波器檢測OSC輸出�,如果檢測一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合�(shí)鐘輸入需�,則晶振未被過分�(qū)�(dòng);相�,如果正弦波形的波峰,波谷兩端被削平,而使波形成為方形,則晶振被過分驅(qū)�(dòng)。這時(shí)就需要用電阻RS來防止晶振被過分�(qū)�(dòng)。判斷電阻RS值大小的最簡單的方法就是串�(lián)一�(gè)5k�10k的微�(diào)電阻,從0開始慢慢�(diào)�,一直到正弦波不再被削平為止。通過此辦法就可以找到最接近的電阻RS��

  3:如何選擇電容C1,C2�

  �1):�?yàn)槊恳环N晶振都有各自的特�,所以按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件�

 ?�?):在許可范圍內(nèi),C1,C2值越低越�。C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定,但將�(huì)增加起振�(shí)��

 ?�?):�(yīng)使C2值大于C1�,這樣可使上電�(shí),加快晶振起��

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