标签: 晶振参数

有源晶振的常见输出波形有分为单端和差分。单端有CMOS/TTL输出，输出功率大，驱动能力强，主要应用在数字通信系统时钟上，用来驱动计数电路。 晶振的单端输出波形TTL、CMOS、HCMOS、LVCMOS的介绍，特点和应用如下： 1. TTL(Transistor-Transistor Logic) : 电源电压通常为5V。逻辑电平在”0“的时候，通常在0V至0.8V之间；在”1“的时候，通常在2V至5V之间。 功耗: 功耗高，即使在静态状态下也会消耗电流。 速度:开关速度通常比CMOS高 应用: TTL曾是数字电路设计的主流技术，现已逐渐被CMOS取代。 2.CMOS: 标准的CMOS逻辑电平通常为3.3V或5V。逻辑电平在”0“的时候，通常接近0V；在”1“的时候，通常接近电源电压Vcc。 功耗: CMOS的功耗非常低，在切换状态时才会消耗电流。 应用:广泛用于集成电路设计，包括微处理器、存储器、以及各种数字电路。 3.高速HCMOS (High-Speed CMOS)：通常工作在3.3V或5V电源电压下。逻辑电平与CMOS类似，但逻辑电平通常为更高的电压,如5V。 功耗:功耗较低，但相比LVCMOS略高。 速度: HCMOS的开关速度比标准CMOS快，适用于需要更高速度的数字电路。 应用:用于高速信号处理和需要高驱动能力的应用。 4.LVCMOS (Low-Voltage CMOS)：低压LVCMOS通常工作在1.8V/2.5V/3.3V电源电压下。 功耗:具有极低的功耗，适合低功耗应用。 速度:开关速度通常较快，适合现代高速、低功耗的数字电路。 应用:常用于电池供电设备和低功耗设计中，如手机、便携设备和现代微处理器。 问：CMOS和差分波形能否互换？ 答：非差分波CMOS和差分波形通常不能直接互换或替代，具体有以下几点不同 1.信号类型 - CMOS:单端信号。 - 差分:通过检测两根导线之间的电压差确定逻辑状态，抗噪声能力强。 2.噪声干扰 - CMOS:易受电磁干扰，尤其在高速传输时。 - 差分:对电磁干扰有更强的抵抗力，适用于高速和长距离传输。 3.信号速度和传输距离 - CMOS:适用于短距离和中速应用. - 差分:常用于高速、长距离传输，特别是对信号完整性要求高的场合。

石英晶体作为时间或频率基准源，其性能直接影响系统的稳定性和精度。了解串联谐振频率FR和负载谐振频率FL这两个关键参数，可以有效改善电路设计，确保系统在各种条件下稳定运行。 串联谐振频率 FR FR(Series Resonant Frequency)是指晶振在没有外部负载电容的情况下，由晶体本身的机械和电气特性决定的自然振荡频率。 等效电感L1: 由石英的机械质量决定的。 等效电容C1: 由石英的硬度，电极面积，晶片的厚度和形状决定的。通常，较大的晶片，通常有较低的谐振频率。 在FR时，晶振的等效电路表现为一个纯电阻，这时电路的阻抗最低，能量传输效率最高。它是晶体的固有频率，不受外部电路的负载电容影响。这个频率是晶体本身的特征，由晶体的几何结构，和材料性质决定。 负载谐振频率 FL FL(Load Resonant Frequency)是晶振在25℃和特定负载电容条件下测出来的实际工作频率。FL也被称为调整频率或调整频差。 FL的值通常比FR大，因为负载电容引入了相移和改变了电路的共振条件。通常用ppm来表示负载电容对晶振频率的变化。FL误差值越小，越容易调整电路稳定性。 TS频率灵敏度表示晶振频率随着负载电容变化而产生的变化量，单位为ppm/pF。调整频差FL和负载电容CL的关系： 测试数据 S&A250B晶振测试设备中包含FL和FR参数的测试。以下为KOAN无源晶振KX70, 8MHz频率的实测数据: FR为-152.16ppm： 晶振的串联谐振频率FR比其标称频率低152.16ppm。这是晶振在无负载电容的情况下的频率偏差。这种偏差可能是由于晶振的制造误差、材料特性或温度变化引起的。 FL为1.05ppm： 在特定负载电容条件下，koan晶振的频率相对于标称频率的偏差为1.05ppm。在负载电容的影响下，晶振的频率变化非常小，频率稳定性较好。 测试结果表明： 尽管晶振的FR存在较大的偏差，但在负载条件下的FL稳定性良好。该晶振在实际工作条件下的性能较为稳定。尽量确保负载电容与晶振的设计负载电容匹配，以维持最佳性能。

在晶振的设计和应用中，灵敏度是评估设备稳定性的关键因素。G灵敏度主要影响KOAN晶振在加速度和振动环境下的频率稳定性；TS灵敏度/牵引值是晶振频率对负载电容变化的响应。 G灵敏度(G-Sensitivity) G-灵敏度描述了晶体振荡器对外部加速度的敏感程度。在外力作用下，振荡器输出频率的变化情况。单位为ppb/g。 - 高G灵敏度：在振动或者加速度环境下，晶振的频率波动较大，导致频率不稳定。 - 低G灵敏度：适合对机械振动或加速度要求较高的 应用 ，如航空及精密导航设备等。 相比AT切割晶片，SC 切割晶体由于具有应力补偿功能，因此G灵敏度较低，能更好地抵抗机械冲击。 TS灵敏度(Trim Sensitivity) TS灵敏度，也称为牵引值，表示晶振频率随着负载电容变化而发生的变化量。单位为ppm/pF。 - 高TS灵敏度：负载电容较小，TS值较大，则说明晶振频率对外界杂散电容敏感。 - 低TS灵敏度：晶振频率对负载电容变化不敏感，则频率稳定性较高。 S&A250B晶振测试设备中包含TS参数的测试。以下为KOAN谐振器KX70, 8MHz频率的实测数据:

DLD的含义是驱动电平依赖性。在不同的驱动功率或者电流下，晶振的电阻或者频率的变化程度。这个值可以体现晶振的稳定性和可靠性。 FDLD = MaxFr - MinFr 在给定的激励功率范围内，测量的最大串联谐振频率与最小串联谐振频率之间的差值。单位是PPM。FDLD值越小，表明晶振在变化的激励功率下的频率稳定性越好。 RLD = Max R 在给定的激励功率范围内，测量的最大电阻值。单位是Ω。较高的RLD值可能表明晶振在高驱动水平下的电阻变化较大，可能影响其性能和稳定性。 DLD2 = MaxR - MinR 在给定的激励功率范围内，测量的最大谐振电阻与最小谐振电阻之间的差值。单位是Ω。DLD2值越小，说明晶振的电阻稳定性越好。 影响 DLD 的因素 1.点胶工艺: 导电胶和点胶对晶振DLD不良的影响有以下几点 - 导电胶中存在气泡或杂质，导电性能不良； - 点胶不均匀或胶水量不足，影响其稳定性和可靠性； - 导电胶的粘度和点胶参数不合适，导致在振动或冲击下性能不稳定。 2.晶片质量：晶振材料的纯度和均匀性会影响其DLD特性。高质量的材料能保持较低的DLD2和FDLD值 3.晶振制造工艺：晶振生产过程中的工艺控制和一致性对DLD参数有直接影响。不稳定的制造过程可能导致较大的DLD2和FDLD值。

Frequency Range 如果是在产品目录中看到这个参数表示该系列晶振产品的频率范围，如49S系列晶振上频率范围为3.5MHz~100MHz,代表49S晶振最小的频率是3.579545MHz,而最高能生产的频率则为100MHz，中间还有很多很多的频率可以做；如果我们是在产品的实际规格书上看到的，则代表是晶体谐振器的中心频率。 Overtone Order(振荡模式) 高频率(MHz范围)AT-切割晶体在厚度-剪切振动中振动，可在基频或奇数泛音模式下振荡。石英晶体的振荡模式将决定其振荡频率。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。石英晶振的基频谐振频率有限，如果需要频率更高的石英晶振，必须使用特殊结构的石英晶片，使其在基频基础上出现三次或五次以上谐波，并在石英晶体振荡电路内增加一个选频电路，并使其谐振以晶体的三次或五次谐波而得到高频振荡信号。 Frequency Tolerance at 25℃(频率公差) 公差是在指定温度（通常为25℃）下与标称频率的最大允许偏差。通常以百万分之几（ppm）或额定频率的百分比表示。总频率公差是指由于温度、时间和所有其他环境条件的变化而导致的额定频率的最大允许偏差。 Frequency Stability @ operating temperature range(频率稳定度) 频率稳定度是指在指定温度范围内标称频率的最大允许偏差，单位为百万分之一（ppm）或标称频率的百分比。该参数取决于以下因素：石英切割类型、石英切割角度、振荡模式、晶片切割尺寸、工作温度范围、负载电容、驱动功率等。 Load Capacitance(负载电容) 负载电容以pF为单位。当振荡器电路为晶体提供一定量的负载电容时，晶体会在”并联负载谐振”条件下工作，因此必须指定负载电容的值。负载电容的典型值为18pF、20pF、22pF、30pF 和 32pF。 Operating temperature range(工作温度范围) 工作温度范围是指输出频率稳定性和其他电气、环境特性符合规格的温度范围。 Storage temperature range(存储温度范围) 存储温度范围适用于器件在非振荡状态下可存储或暴露的最低和最高温度。设备在最低或最高温度下暴露或存放一段时间后，在指定的工作温度范围内，所有的工作指标都将得到保证。 Equivalent series resistance(等效串联电阻) ESR 是石英晶体谐振器的电阻元件，以欧姆为单位。一般来说，晶体的电阻值越小，其活性就越高，激活所需的驱动力就越小。但是，如果电阻值低于这些标准规格，则会导致单位成本的增加，因为要达到这些 ESR 值需要额外的工序。 Drive Level(驱动功率) 驱动功率以μW或mW表示，是晶体谐振器设计运行时的消耗的功率水平。最大功率是指晶体谐振器在保证所有电气参数的情况下仍能保持运行的最大消耗功率。 驱动功率过高或过低都会导致晶振有不良的效果，如果过低会导致晶振启动而不能振荡起来；如果驱动功率过高即会导致晶振产品的频率发生改变、晶振寿命缩短、乃至晶振损坏等不良效果。所以一般情况下，保持驱动功率在最低的标准和足够晶振的频率输出即可，当然在应用时，则需要注意与使用IC驱动能力相匹配。 Shunt Capacitance(静态电容(C0) 晶体的并联电容部分取决于晶片的厚度。这是在不振动时测量的电容。并联电容的范围为 1 至 7 pF。出于与振荡器电路的兼容性考虑，通常不会超过 7 pF。 Aging/老化率 石英晶体的老化是对较长时间内频率稳定性的测量，通常以每天或每年的百万分之一（ppm）来表示。它适用于导致晶体单元老化并导致晶体单元工作频率发生永久性变化的累积过程。这种的频率变化的因素有很多，如封装方式、制造过程、晶片类型、工作温度、频率等这些因素都有可能用影响到。