标签: 晶振参数

不同晶振的参数会对其性能和可靠性产生影响，其中“激励功率”是一个关键指标。石英晶振的激励等级通常根据晶振在各种工作状态下的能耗，或其电流等级来定义和表示。 I: 晶振工作时的电流。 RL: 电路中的总等效负载电阻。 激励功率的参考值 不同类型和封装的石英晶振对激励功率的要求都不一样，以下是几种常见晶振的激励功率推荐值及最大值： - 49U/49S/49M晶振：100µW (500µW max) - SMD MHz晶振：10µW（50µW max) - 32.768kHz晶振：0.1 µW (0.5µW max) 设计电路时，凯擎小妹建议您确保激励功率在推荐范围内，且不超过最大激励功率。具体参数需以晶振的规格书为准。以KOAN晶振KX49S为例： 另外，在小型化和低功耗的发展趋势下，激励功率，驱动电流，体积，功率相应减少，导致驱动能力变弱。 激励功率过高 1. 频率变化: 激励功率过高会导致振幅增大，从而引发幅频效应。这种效应会改变晶振的机械应力与弹性常数，从而导致振荡频率有明显变化，影响设备的正常工作。 2. 热应力增加: 过高的功率会在晶片两电极之间形成不均匀的温度场，导致热应力增大，进而影响频率稳定性，严重时可能导致晶片损坏。 3. 晶振老化: 长期在高激励功率下运行会加速晶振老化，缩短使用寿命，增加维修或更换的成本。 激励功率过低 1. DLD效应: 激励功率不足时，晶振的振荡能力下降，容易出现驱动功率相关性(DLD)效应。晶振的频率可能随着激励功率的波动而变化。 2. 晶振无法起振: 若激励功率过低，电路的振荡裕量不足，可能导致晶振无法启动振荡，使设备无法正常运行。 如何减少驱动功率 1. 增加阻尼电阻: 在电路中增加适当的阻尼电阻，可以减小反相放大器的输出幅度，从而降低驱动功率。但需确保振荡裕量大于晶振等效电阻的5倍，以保证振荡器稳定运行。 2. 减少外部负载电容: 减小外部负载电容可以增加振荡电路的阻抗，从而降低实际驱动功率。然而，需注意负载电容的调整可能影响振荡频率，必须确保频率仍在允许范围内。

在晶振电路设计中，近端和远端的相位噪声会受到不同因素的影响。通常，晶振的近端相噪主要由晶体自身的参数决定，而远端相噪则更多地依赖于晶体匹配的振荡IC的特性。电性能参数，如起振时间、负载电容、负性阻抗，都对近端和远端相位噪声都有重要影响。 KOAN凯擎小妹建议优先确保近端的稳定性，同时通过适当减少晶体电流和负载电容来改善近端相噪。另外，通过增加电流可以优化远端的相噪表现。在设计晶振电路时，建议根据应用需求在相噪、起振时间和负载电容之间进行合理权衡，以优化电路性能。 1. 起振时间(T) 起振时间的长短主要由晶体的谐振电阻和振荡器的负性阻抗共同决定。高Q值的晶体谐振电阻较小，因此起振速度更快。公式如下， 其中谐振电阻R，负电阻Rˉ、动态电感L、动态电容C1、频率ω、k为常数(12~30)： 2. 负性阻抗(Rˉ) KOAN振荡器的负性阻抗通常设计为晶体谐振电阻的3至20倍，这样可以有效加快起振过程并提高振荡的稳定性。负性阻抗的倍数越高，起振速度越快。 其中：gm为跨导，与振荡IC的设计相关。在负载电容CL较小的情况下，增加 gm的值可以提高负性阻抗，从而加快起振。 3. 负载电容(CL) 负载电容的大小不仅影响振荡器的负性阻抗，还会对近端和远端相噪带来不同的影响： 小的CL ：较小的负载电容使负性阻抗变大，起振速度更快，牵引量更大，但同时也更容易受到杂散电容的影响。这对近端相噪有利，但可能增加远端相噪。 大的CL ：较大的负载电容会减小负性阻抗，导致起振速度较慢，但杂散电容的影响较小，有助于提升远端相噪的稳定性，可能对近端相噪不利。

在晶体振荡器中，峰峰值Vpp、功率线性值和dBm之间的关系对信号分析十分重要。今天，KOAN凯擎小妹将介绍一下这些参数的概念，计算方法，意义，以及如何转换单位。这些内容可以帮助您高效地评估信号强度、计算功率损耗，以及优化系统性能。 Vpp和RMS: 峰峰值 (Vpp) 是指信号在一个周期内的最大值与最小值之间的差值。有效值(RMS)代表信号的平均功率。对于正弦波晶振，Vpeak和RMS的参数转换公式如下: Vpp和mW 晶振输出信号的功率P(单位mW)表示信号在传递过程中消耗的能量。功率过高，会损坏器件；过低功率则会导致信号弱。在标准阻抗50欧姆下，我们可以通过峰峰值Vpp计算功率P。正弦波信号的功率计算公式为： Vpp和dBm 通过Vpp直接计算dBm，可以方便地评估信号的增益和损耗，确保系统满足性能的要求。 mW和dBm dBm表示晶振输出信号的功率。在晶振的实际和调试的过程中，dBm常用来确保信号的强度是否符合预期。 相反，如果已知dBm的值： dBm和W 基准值：30dBm = 1W 每增加3dBm：功率乘2 每减少3dBm：功率除以2 每增加10dBm：功率乘10 每减少10dBm：功率除以10 如果信号功率为32dBm: 32dBm= (30+3+3+3+3-10)dBm = (1*2*2*2*2*0.1)W=1.6W dB和dBc dB表示两个功率、电平或电流之间的比值的单位。用于比较两个信号的相对大小。 dBc表示信号相对于载波的功率比。dBc用于衡量信号的相对干扰或噪声水平。如果信号的功率比载波功率低30dB，则记录为-30dBc。

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。

在谐振器S&A250B测试软件中，DLD参数不仅限于DLD2，还包括DLD1至DLD7。这类测试参数都用于分析晶体在不同激励功率下的阻抗变化。今天KOAN凯擎小妹将详细介绍DLD1至DLD7的定义、特点及其应用： DLD1: MaxR/RR DLD1是最大阻抗与谐振阻抗的比值。主要用于评估晶体在不同功率条件下的稳定性，特别适合高功率应用场景，如射频电路。它有助于判断晶体在功率波动情况下的表现。 DLD2: MaxR - MinR DLD2是最大谐振电阻和最小谐振电阻之间的差值。DLD2是KOAN晶振测试中参数之一，反映不同驱动功率或电流下晶振电阻的变化程度。DLD2值越小，晶体的稳定性和可靠性越好。 DLD3: FirstR - LastR DLD3是第一个设定功率和最后一个设定功率下的阻抗差值，用于分析晶体在整个功率扫描过程中的变化情况。它适用于功率逐级调节或扫描的应用场景。 DLD4: MaxR/RR DLD4与DLD1类似，但其谐振阻抗是在正常工作功率下测得的，用于评估晶体在高功率条件下的稳定性，常用于晶体的可靠性测试。 DLD5: FirstR/LastR DLD5是起始阻抗与最终阻抗的比值，反映晶体在功率变化过程中的稳定性，适用于长时间运行或频繁功率变化的应用场景。 DLD6: MaxR/MinR DLD6是最大阻抗与最小阻抗的比值，用于评估晶体在不同激励功率条件下的极端变化情况，特别适合在苛刻条件下测试晶体的稳定性。 DLD7: ((MaxR - MinR) / MaxR) * 100 DLD7是阻抗差值 (即DLD2) 相对于最大阻抗的百分比。用于比较不同晶体或测试条件下的阻抗变化幅度，常用于高精度定时器和频率控制设备。