在工厂的研发部和工程部,经常听到有人大叫:“晶振的频率不准”,“晶振的频率有误差”,“又要重新设置时间中断”……
大家常常把注意的焦点集中在晶振上。
晶振:是石英振荡器的简称,英文名Crystal,主要作用是向系统提供基准频率。普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十(50ppm)。高级的精度更高。
串联谐振频率:晶振的基频模型可表示为两条支路,一条是静态电容C0,另,一条是L1、R1、C1串联组成的LC支路;当外加驱动信号频率Fs = 1/()时,LC支路为纯电阻,Fs称为串联谐振频率。
图1-1、晶振的等效电路图
并联谐振频率:现设外加驱动信号频率Fs’稍大于Fs. 则LC支路为弱感性,且刚好与C0容性抵消;晶振的基频模型在Fs’下呈纯阻性,Fs’称为并联谐振频率。
负载频率(FL):在规定条件下,晶体元件与负载电容相串联或并联,其结合阻抗为纯电阻时的两个频率中的一个频率,串联负载电容时,负载谐振频率是两个频率中较低的那个频率,而在并联电容时,负载谐振频率则是其中较多的那个频率。对某一个给定的负载电容值(CL),实际上这两个频率是相等的。在Fs、C0和C1不变的情况下,负载频率的实际大小是由负载电容决定的。
标称频率(Nominal Frequency):指元件规范中所指定的频率,即用户在电路设计和元件选购时所希望的理想工作频率。
调整频差、频率偏差(Frequency Tolerance):在规定条件下,在基准温度(25±2℃)与标称频率允许的偏差。一般用PPm(百万分之)表示。
工作温度(Operating Temperature Range)。
储存温度(Storage Temperature Range)。
绝缘电阻(Insulated Resistance)。
年老化率(Aging):在规定条件下,晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。
以市场上一种晶振的参数为例,如表1-1所示:
Nominal Frequency |
|
标称频率 |
32.768KHz |
Frequency Tolerance |
频率偏差 |
±20ppm |
Temperature Coefficient |
二次温度系数 |
(-0.034±6)ppm×10-6/℃2 |
Turn Over Temperature |
拐点温度 |
25℃±5℃ |
Operating Temperature Range |
工作温度 |
-20℃ to +70℃ |
Storage Temperature Range |
储存温度 |
-40℃ to +85℃ |
Series Resistance |
串联电阻 |
30KΩ |
Shunt Capacitance |
静电容 |
1.8pF |
Quality Factor |
品质因数 |
60,000 |
Capacitance Ratio |
电容比 |
450 |
Load Capacitance |
负载电容 |
6pF to 12.5pF |
Drive Level |
激励功率 |
1.0μW |
Insulated Resistance |
绝缘电阻 |
500MΩ |
Aging |
年老化率 |
±5ppm/year |
表1-1、市场上一种常见的晶振参数表
二次温度系数(Temperature Coefficient):频率/温度的近似公式为:△f/f0 = β(T-T0)2; 其中:△f = f - f0; T0:参照温度; f0:在T0时的频率;β:二次温度系数.如图1-2所示。
拐点温度,零温度系数点(Turn Over Temperature(Z.T.C)):指在频率温度特性曲线上频率变化为零的温度点,也称拐点。如图1-2所示。
图1-2 理想的频率/温度特性曲线
品质因数(Quality Factor):Q值是等效电路中动态臂谐振时的品质因数,振荡电路所能获得的最大稳定性直接与电路中晶体的Q值相关。Q值越高,晶体带宽越小,电抗值变化越陡,外部电抗对晶体影响越小。Q = 2Fs*L1 = 1/( 2C1*Fs*R1) .
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