标签: 高稳晶振

晶振可以产生CPU执行命令时需要的时钟频率信号。时钟信号的频率越高，CPU的运行速度也就越快。标称频率用来描述这种周期性的输出信号，是工程师选购晶振时必须提供的一个参数。 晶体的振动频率和晶片的厚度，面积，切割方式有关。由于工艺的限制和晶片破裂的风险，晶片不能无限的薄。为了提高晶振的频率，除了使用小尺寸的晶片，也可以使用泛音晶体。20MHz基频的晶片，经过五次泛音就可达到100MHz。从而，几十兆赫兹基频的晶片就可以产生上百兆赫兹的稳定振荡频率。 通信系统的发展是和通信设备，电子器件，计算机技术的发展紧密相关。例如，移动通信网络发展中的第五代网络5G在理论上传输速度每秒钟能够达到数十GB。 如果需要更高更稳定的输出频率，可以使用锁相环PLL（Phase Locked Loop）将低频晶振进行倍频到1GHz以上的标称频率。 PLL由以下几部分组成：压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)； 相位比较器(PFC:Phase Frequency Comparator)； 基准频率振荡器(Crystal Oscillator)； 回路滤波器(Loop Filter)。

频率稳定度(Frequency Stability)通常分为长期和短期两种，是用来衡量振荡频率保持不变的能力。在观察时间内，频率变化的最大值和标称频率的比值来表示，单位是ppm。 下面将介绍几点会影响频率稳定度的因素： 1. 老化aging 晶振的频率随着工作时间的变化而变化，物理现象被称为老化 aging 。 在生产过程中，根据不同产品属性，设置不同的温度和时间对晶片进行加速老化，使得晶片趋近于稳定精度，来提高产品的稳定性。 下图展示了 产品 总频率稳定度 随时间变化的 曲线图， 斜率表示产品 老化率 。 随着使用时间增加，老化率(ppm/day)逐渐变小，并趋于稳定值。 2. 温度 Temperature 不同晶体的切割方式有着不同的频率温度特性： 音叉Tuning Fork晶振的温度特性曲线是负二次方程曲线： AT切的切角为35°15' 是晶体谐振器里最常用的切型,频率和温度是三次函数关系； SC切切割角度是基于x,y,z基础坐标的双旋转,切角分别为21.93°和 34.11°。 3. 激励电平 Drive Level 如果激励电平偏小，谐振器的长期稳定性好。激励电平过高，晶片振动变强，振动导致温度升高，频率稳定度随之降低，严重时晶片会振裂. 4. 负载电容 Load Capacity 晶体谐振器必须与变化的负载匹配。如果晶体两端的等效电容和标称负载电容存在差异，晶体输出的频率将会和标称工作频率产生偏差。电路匹配电容CL1 CL2加上电路的杂散电容Cstray，越接近晶体的负载电容CL，晶体输出的频率则越精准。 5. 电压变化 Voltage Change 晶振需要配合使用稳压电源，电压变化会带动电阻变化。输出电压需要保持在电源的额定值。

铁路和通信均为国家战略性基础设施服务行业。中国铁路总公司与中国铁塔股份有限公司围绕落实“交通强国 铁路先行”和“网络强国”战略要求，深化资源共享，强化战略协同，共同打造“高速铁路+移动宽带”(信息摘录来源：中国铁塔股份有限公司)。中国铁路GSM-R首席专家提到：我们要以智能铁路为主攻方向，推动大数据、互联网、人工智能等技术与铁路的深度融合。 石英晶体在通信领域中作为频率的基准源，铁路交通的发展也离不开高精度高标准的时钟计算元器件。这也推动了振荡器行业的发展。铁路交通应用包括：机车牵引及网络智能控制系统，铁路信号及监测安全系统，智能安全门及闸机检票系统，汽车电子系统，交通监控系统，ETC系统，汽车雷达导航系统，公共安全防控系统等。 铁路交通对晶振有以下三点要求： 1、低相躁抖动 Low Jitter 晶振的短期频率稳定度取决于输出信号的信噪比。从频域角度，相应的参数是相位噪声Phase Noise；从时域角度，相应的参数是抖动Jitter。KOAN推出低相噪抖动(J)的特种晶振可满足对高稳定的需求。 2. 防电磁干扰 展频晶振系列是通过调制输出信号使输出信号的电磁干扰扩散到更大的频谱上。KOAN扩频晶振有5.0x3.2mm/ 7.0x5.0mm尺寸，包括中心扩展和向下扩展方式。 注：当系统不能容忍高于标称频率的工作频率时，应考虑向下扩展的扩频晶振。 3. 低阻抗晶体谐振器 下图为频率阻抗曲线。 串联电容和电感会形成一个串联的谐振电路。在某一个特定的晶体谐振频率下，晶体将会有最低的阻抗值Rs.低阻抗的晶振可以快速起振，达到极好的短期稳定性。