标签: 晶振频率

晶振是电子设备中用于产生稳定时钟信号的关键元件，其短期稳定度直接影响设备的精度和可靠性。短期稳定度是指晶振在短时间内(通常为几秒到几分钟)频率波动的程度。 环境因素 温度变化：石英晶体的物理尺寸和振荡频率会随温度变化而变化，导致频率漂移。温度变化会影响晶体的热膨胀系数，从而影响振荡频率。 机械振动和冲击：机械振动和冲击会引起晶体的机械应力变化，导致频率波动。这在移动设备或工业环境中尤为明显。振动可能导致晶体的物理形状发生变化，从而影响其振荡频率。 电气因素 电源噪声：电源噪声是由电源的不稳定性或其他设备的干扰产生的。通过电源线路传导到晶振电路中，影响晶振稳定的频率输出。 负载变化：负载电容的变化会导致振荡频率的偏移。负载变化可能由于电路中其他元件的变化或外部连接的变化引起。 技术参数的影响 晶片切割: 常用的AT切割晶体在常用温度范围内具有较好的温度稳定性。不同的切割角度会导致不同的频率温度系数，从而影响短期稳定度。 等效串联电阻: ESR表示晶体在谐振频率下的电阻值。较高的ESR可能导致振荡器启动困难，并增加相位噪声，从而影响短期稳定度。 负载电容: 负载电容是指晶振在电路中工作的电容值。负载电容的变化会影响振荡频率的稳定性。设计时需要确保负载电容与晶振的标称值匹配，以减少频率偏移。 驱动电平: 驱动电平是指施加到晶振上的电压或电流。过高或过低的驱动电平都会影响晶振的稳定性。适当的驱动电平可以确保晶振在最佳状态下工作，减少频率波动。 相位噪声: 相位噪声是指振荡信号在频域中的噪声特性。低相位噪声意味着更好的短期稳定度。相位噪声受电路设计、电子元件选择和电源质量的影响。 提高短期稳定的方法 优化电路设计：使用低噪声电源和高质量元件减少电气干扰。 恒温和抗振动环境：采用恒温和抗振动环境来减少外界环境对晶振的影响。 高品质晶体：确保其切割和材料的精密性。 TCXO/OCXO：温度补偿晶振或KOAN恒温晶振，有效减小温度变化对频率的影响。

理想情况下，晶振应在基频或泛音模式下稳定工作。而在实际应用中，寄生振荡(Spur)可能会干扰主频信号导致主频发生偏移，有以下几点影响： 1. 频率不稳定：主频信号受到干扰后，频率漂移 2. 信号失真：输出波形失真并出现多频成分 3. 设备性能下降：导致电子系统无法正常运行或发生误操作 4. 降低信噪比：寄生振荡会引入额外噪声，从而影响信号质量。 寄生振荡的产生可能由以下因素引起：晶片杂质降低了晶振的Q值，影响频率的稳定性；外部电磁干扰或其他设备产生的辐射会影响晶振的正常运行，导致信号失真；此外，电路中的热噪声或其他信号杂质也可能激发低幅值的寄生频率，对系统性能造成干扰。 S&A250B可以精准的分析频率的稳定性。寄生频率的测试参数如下： 1. SPFL: 负载寄生振荡频率(Load Frequency of Spur)在特定负载条件下测的寄生频率。用于评估晶振在负载环境中的稳定性。 2. SPFR: 串联谐振寄生振荡频率(Frequency of Spur)测量晶振在串联谐振模式下可能出现的寄生频率。还能计算主频与寄生频率之间的差值，帮助发现频率干扰问题。 3. SPRL: 最大负载谐振寄生振荡阻抗(Max Spur Resistance at Load Frequency)表示在负载频率下测量到的最大寄生振荡阻抗。更高的阻抗意味着晶振在该频率下更为稳定。 4. SPRR (SpurR/RR):寄生振荡阻抗与主振荡阻抗之间的比值。比值越小，主频信号受寄生干扰的风险越小。 5. SPUR (Min SpurR):测量在特定频率范围内的最小寄生振荡阻抗，帮助检测晶振设计中的潜在问题。

今天这节课，让我们来了解一下石英晶体切割类型与频率的关系，所谓晶体切割类型，就是对晶体坐标轴某种取向的切割。石英晶片的切割类型有很多种，不同的切型其物理性质不同，频率范围也不同，切面的方向与主轴的夹角对其性能有重要影响，比如：频率稳定性，活性水平，Q值，温度系数等。 下图是我们石英晶体在切割时的主要类型： 我们大部分在市面上看到的晶振大部分采用的是厚度剪切(Thickness-Shear )类型中的AT切，以最常用的AT切割晶体晶片为例，晶片平面与Z轴的夹角为35°15'。在28MHz基频厚度剪切振动的情况下，晶片厚度约为0.06毫米，AT切割频率范围，基频为0.8~80MHz，泛音模式下为20MHz~230MHz。厚度振荡模式下的BT切割基频的频率范围为2MHz~35MHz。当然还有长度-宽度-挠曲的振荡模式切割方式，这个模式下切割出来的晶片大多应用于32.768KHz这个频率较多，如+2˚X、XY、NT的切割模式，这个切割模式频率范围为1KHz~100KHz。 以上为我司对晶片切割角度与频率关系的理解！希望能让大家对晶振产品有一个更加深入的了解。

晶振频率和脉冲 晶振频率是晶体振荡器每秒产生的振荡次数。晶振的主要作用是提供一个稳定的时钟信号，以确保电子设备的同步操作。脉冲是时钟信号的基本单位。一个脉冲通常包括一个上升沿和一个下降沿。 假设晶振频率为12 MHz: 12MHz = 12x10^6个脉冲/秒 抖动会导致时钟信号的边沿不稳定，从而影响脉冲的准确性。抖动分为确定性和随机性抖动。确定性抖动是可识别的干扰信号造成的。 时钟周期和脉冲 时钟周期是时钟信号完成一个完整周期所需的时间。时钟信号是一种持续的正弦波或方波，用于同步电路的操作。时钟周期的长度由晶振频率决定。 时钟周期T与晶振频率f关系为：T= 1/f 假设晶振频率为12MHz：一个时钟周期 = 1个脉冲 = 1/(12x10^6)=1/12微秒 机械周期和时钟周期 机械周期是机械系统中一个完整的运动循环所需的时间。单片机访问一次储存器ROM的时间为一个周期。假设晶振频率为12MHz，一个机械周期包括12个时钟周期。 时钟周期=1/12微秒 机械周期=1/12 * 12 = 1微秒

无源晶振指所有谐振器系列，成本低，内部没有独立的起振电路，需要外部电路配合，并精准匹配外部电容才能输出电信号。当负载电容和晶振电路不匹配时，会导致频率偏移增加。凯擎小妹聊一下频偏和负载电容的计算方法。 频偏 : 晶振输出频率和标称频率的差值。这个值由多种因素引起：温度变化，电压变化，负载电容变化。通常以ppm表示。假设晶振的标称频率为12MHz，测试频率为11.99998MHz，频偏为0.00002MHz。 负载电容 : 负载电容是接在晶振两个引脚之间的有效电容。 Cs为晶体两个管脚间的寄生电容（杂散电容） Cd表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容，包括PCB走线电容、芯片管脚寄生电容、外加匹配电容CL2； Cg表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容，包括PCB走线电容、芯片管脚寄生电容、外加匹配电容CL1。 KOAN无源晶振常用的负载电容：kHz晶体：6，7，9，12.5pF; MHz晶体：8，9，12，15，18，20pF 负载电容影响晶振的频率稳定性和起振条件。通过调整外围匹配电容(C1, C2)，晶振的工作范围可以调到标称值。CL1和CL2的作用是让电路谐振并稳定输出，尽可能接近标称频率的频率信号，通过过滤一部分高频干扰杂波。