标签: 晶振选择

激光雷达系统需要用精确的时间测量来计算距离和生成高分辨率的3D图像。晶振在激光雷达系统中起着关键作用，主要用于提供稳定的时钟信号和高精度的时间基准。 图片来源：Wingtra 晶振的作用 1. 时间基准: 激光雷达通过发射激光脉冲并测量其返回时间来计算物体的距离。因此需要一个非常精确的时间基准。晶振提供的稳定时钟信号确保时间测量的准确性，从而保证距离计算的精度。 2. 数据采集与处理: 激光雷达系统在接收到反射信号后，需要快速进行数据采集和处理。晶振提供的时钟信号用于同步数据采集和处理单元，确保系统能够高效且准确地工作。 3. 系统同步: 在多激光雷达传感器的系统中，各个传感器之间需要同步工作。KOAN晶振提供的统一时钟信号使不同传感器的数据可以有效地整合在一起，避免数据错位或不一致的问题。 4. 调制与解调: 一些激光雷达系统采用频率调制连续波（FMCW）技术来提高测量精度和抗干扰能力。晶振在这种系统中用于生成和控制调制信号的频率，确保调制和解调过程的准确性和稳定性。 晶振的选择 1. 频率稳定性: 激光雷达系统要求时钟信号具有极高的频率稳定性，以确保时间测量的准确性。通常选择温补晶振TCXO或压控晶振VCXO等高稳定性晶振 2. 相位噪声和抖动: 低相位噪声和低抖动的晶振有助于提高激光雷达系统的测量精度和信号处理能力。可选择KOAN的低抖动晶振KJ系列。 3. 工作温度范围: 激光雷达系统可能在各种环境条件下工作，因此晶振需要在宽温度范围内保持稳定的性能。 4. 尺寸和功耗: 在移动或无人驾驶汽车应用中，晶振的尺寸和功耗也是重要的考虑因素。小型化和低功耗的晶振可以帮助降低系统的整体能耗和体积。

石英晶体在设备中用作时间或者频率的基准源。石英晶体谐振器可以当做一个机械振动系统。机械振动系统和电路是“等效”的。 静电容C0指的是晶体两引脚之间的电容，是以水晶为介质，由两个金属电极形成的电容。与晶片电极面积(或晶体体积）大小和频率大小正比。静电容C0太高会产生较大的副波，影响频率稳定性。 以KOAN晶振KX70为例：8.000MHz的无源晶振C0在产品规格书中定义为4pF最大，在我们的实际测数据中，C0值控制在2pF上下，因此晶振的输出稳定性得到保障。 如果负载电容CL很大，静态电容C0的改变对频率变化的影响很小，频率更加稳定。所以负载高，远端相位噪声好；若数过大，则很难调整到标称频率，晶振不容易起振。相反，如果负载电容CL很小，静电容C0的微小变化会造成频率的明显变化。近端 相位噪声 好，容易调整频率，晶振容易起振。

电于元器件改变人类的生活需要以下三个阶段：电子元器件的设计生产、实现某种实际的功能、不同功能模块组成一个系统。 器件级 无源器件在工作时，不需要单独提供外部电源来工作，只需要有电流通过即可工作。有源器件在工作时，需要依赖于额定的工作电源来控制或调节信号。在晶振领域，无源晶振(谐振器)为无源元件；有源晶振(振荡器)为有源元件。 电路板级 电子产品包含大量集成电路，以及单个的晶体管、电阻、电容等分立元器件。晶振是通信系统中一个极其重要的元件，能够产生高纯度无谐波失真的正弦波，作为载波。晶振起振条件是指晶振开始振荡的最小电路条件， 谐振回路 通常需要满足以下三个条件： 共振频率与晶振的额定频率匹配； 品质因数Q值要足够高； 反馈增益大于 1。 在设计振荡器电路时，需要注意以下6点：谐振电路，负载电容，激励电平，振荡模式，走线设计，负阻抗。 系统级 现代电子通信已经应用于人们的日常生活中，例如移动无线网络，射频识别技术(RFID)，蜂窝技术，软件无线电技术等应用。无线模拟通信系统通过发射机，信道，接收机组成。

热敏晶振 热敏晶振是带有温度传感功能的石英晶振。普通 贴片晶振 的基础上增加了一颗热敏电阻和变容二极管，利用变容二极管的容变功能并结合热敏的传感功能而形成。 这种方法成本低，电路简单，适合在常用消费类电子产品中使用。热敏晶振的精度为±10ppm，不能代替温补晶振。 温补晶振 温补晶振在温度频率稳定度方面有更大的优势。TCXO主要利用附件的温度补偿电路减少环境温度对振荡频率的影响。其精度偏差比热敏晶振更小，为±0.5ppm。 数字补偿的温补晶振利用补偿电路的温度和电压变化，再加A/D变换器，将模拟量转换为数字量，从而实现自动温度补偿。这种方法成本高，电路复杂，适用于高精度的应用。 手机导航应用中的对比：热敏vs温补 较低端且无GPS接收功能的手机一般采用热敏晶振。在导航过程中要完全依赖于移动终端的数据流量来导航，导航精度偏差高达100~500米。 相比较，中高端自带GPS信号接收功能的手机，配合使用温补晶振，导航精度可达到±5米。 KOAN温补晶振的选择 温补晶振TCXO的波形输出包括CMOS, LVDS, HCSL,削峰正弦波。更多：《 单端输出和差分输出波形 》 在-40~+85℃的工作范围中，TCXO的温度频差可以达到±1.0ppm。更多 ：《 晶振频差不一样，可以替换吗？ 》 KT3225为32.768KHz低功耗特性，工作电流可达到：0.79μA @1.8V； 1.05μA @2.5V；1.25μA @3.0V；1.37μA @3.3V；2.05μA @5V。 往期精彩 温补晶振 采购时需要考虑的参数为: 频率，电压，是否需要电压调整，以及温度频差和温度范围，更多：《 温补晶振规格书参数解读 》； 削峰正弦波输出的TCXO具有低功耗，更好的老化率和频率稳定性，以及相位噪声优于CMOS输出，更多：《 削峰正弦波温补晶振 》； 电压变化调整初始精度称为压控温补晶振，更多：《 压控温补晶振KVT系列 》。

石英晶体利用压电效应在电路中用作时间或者频率基准源，为电路提供时钟信号。无论是有源还是无源晶振，它们都有其优缺点。本期，凯擎小妹带大家了解一下有源晶振的五个优势： 无需电路匹配 有源晶振因其内部有独立起振芯片则不受外部电路影响；而无源晶振需要精准匹配外部电容才可以输出电信号。 频率稳定性好 频率的变化量经常用ppm/ppb表示晶体频率会偏离标称频率多少。值越小精度越高。有源晶振中温补晶振TCXO和恒温晶振OCXO的精度较高，最少可达到3ppb。 谐振器的晶片切型经常采用音叉或AT切割： 1. 音叉晶体的温度特性曲线是负二次方程曲线。呈现出以理想室温+25°C为中心的向下抛物线，温度走低或走高都会使频率稳定度变差。 2. AT切割晶片的晶振调整频差的常见值为0.5ppm, 1ppm, 5ppm, 10ppm, 20ppm, 30ppm等等。 高Q值 每周期损失的能量越低，晶振的频率稳定度也就越高，对应的Q值也就越高。 频率选择范围广 晶体的振动频率和晶片的厚度，面积，切割方式有关。为了提高晶振的频率，无源晶振除了使用小尺寸的晶片，也可以使用泛音晶体。相比较，有源晶振有多种波形(CMOS, LVDS, HCSL...)可供选择，最高可做到2.1GHz： 低相噪 低噪声晶振主要减少振荡器内部噪声对输出信号的影响，以获得短期频率稳定性的晶体振荡器。噪声会引起输出信号频率的随机起伏：起伏小，稳定度越高。 凯擎小妹建议 1. 预算高选择有源晶振/振荡器，预算低选择无源晶振/谐振器; 2. 应用性能要求：如果是应用产品需要高精度，高端产品，选有源晶振/振荡器；如果应用对频率稳定率要求不高，如玩具等一般消费类电子，更合适选择性价比高的无源晶振/谐振器。 3.有源晶振/振荡器又可细为时钟振荡器，TCXO温补晶振，VCXO压控振荡器，OCXO恒温晶振，可以实现更宽的温度范围和更高的稳定度。 KOAN晶振公司配备了E5052B信号分析仪器、S&A280B、S&A250B测试仪器，以及高低温箱，抗冲击试验设备。我们能够检测在温度、负载和功率电压变化条件下的频率稳定性。