标签: 晶振稳定

晶振是电子设备中用于产生稳定时钟信号的关键元件，其短期稳定度直接影响设备的精度和可靠性。短期稳定度是指晶振在短时间内(通常为几秒到几分钟)频率波动的程度。 环境因素 温度变化：石英晶体的物理尺寸和振荡频率会随温度变化而变化，导致频率漂移。温度变化会影响晶体的热膨胀系数，从而影响振荡频率。 机械振动和冲击：机械振动和冲击会引起晶体的机械应力变化，导致频率波动。这在移动设备或工业环境中尤为明显。振动可能导致晶体的物理形状发生变化，从而影响其振荡频率。 电气因素 电源噪声：电源噪声是由电源的不稳定性或其他设备的干扰产生的。通过电源线路传导到晶振电路中，影响晶振稳定的频率输出。 负载变化：负载电容的变化会导致振荡频率的偏移。负载变化可能由于电路中其他元件的变化或外部连接的变化引起。 技术参数的影响 晶片切割: 常用的AT切割晶体在常用温度范围内具有较好的温度稳定性。不同的切割角度会导致不同的频率温度系数，从而影响短期稳定度。 等效串联电阻: ESR表示晶体在谐振频率下的电阻值。较高的ESR可能导致振荡器启动困难，并增加相位噪声，从而影响短期稳定度。 负载电容: 负载电容是指晶振在电路中工作的电容值。负载电容的变化会影响振荡频率的稳定性。设计时需要确保负载电容与晶振的标称值匹配，以减少频率偏移。 驱动电平: 驱动电平是指施加到晶振上的电压或电流。过高或过低的驱动电平都会影响晶振的稳定性。适当的驱动电平可以确保晶振在最佳状态下工作，减少频率波动。 相位噪声: 相位噪声是指振荡信号在频域中的噪声特性。低相位噪声意味着更好的短期稳定度。相位噪声受电路设计、电子元件选择和电源质量的影响。 提高短期稳定的方法 优化电路设计：使用低噪声电源和高质量元件减少电气干扰。 恒温和抗振动环境：采用恒温和抗振动环境来减少外界环境对晶振的影响。 高品质晶体：确保其切割和材料的精密性。 TCXO/OCXO：温度补偿晶振或KOAN恒温晶振，有效减小温度变化对频率的影响。

在实际应用中，晶振会受到电磁干扰、射频干扰以及电源噪声等外部因素的影响。为了确保其频率的稳定性，晶振必须具备良好的抗干扰能力。晶振抗干扰的措施包括使用低抖动晶振、扩频晶振、滤波器等。 晶振受到的干扰 1. 电磁干扰： 电路对外部电磁场或者其它设备产生的辐射或者噪声比较敏感。晶振在运行中会受到电磁干扰，导致晶振工作异常或信号失真。防止电磁干扰的方法包括金属屏蔽、滤波电路、合理的PCB布局、增加去偶电容等。 2. 射频干扰：射频干扰主要由无线通信设备、雷达、Wi-Fi路由器、手机等产生的射频信号造成。通过辐射或耦合进入晶振电路，影响其正常的振荡和频率输出。防止射频干扰的方法包括使用滤波器、屏蔽电缆、金属屏蔽等。 3. 电源噪声：电源噪声是由电源的不稳定性或其他设备的干扰产生的。通过电源线路传导到晶振电路中，影响晶振稳定的频率输出。防止电源噪声的方法包括使用去耦电容、稳压电源、磁珠滤波等。 晶振抗干扰的措施 1.选择合适的晶振型号：低相位噪声、低电磁干扰（EMI）和低射频干扰（RFI）晶振是提升抗干扰能力的关键。 - 低抖动晶振(KJ系列)能够减少频率抖动，提高信号质量。 - 抗电磁干扰晶振(KM系列)适用于高EMI环境。 - 晶体滤波器(M.C.F.)能有效抑制高频噪声。 2. 金属屏蔽外壳：防止电磁辐射进入晶振电路，提高抗干扰性能。 3. 优化电路设计：合理的PCB布局能够有效降低干扰耦合，减少外部信号对晶振的影响。尽量减少长引线和高频噪声路径，避免信号反射和干扰。 4.去耦与稳压：在电源输入端加入去耦电容，以减少电源波动和噪声干扰。同时使用稳压电路，确保晶振获得稳定的电源供给，避免电压波动影响其频率稳定性。 5.应用软件抗干扰技术：通过数字滤波算法进一步降低噪声干扰的影响。对采集到的信号进行数字处理，软件滤波器可以消除外部干扰，提高信号的纯净度和稳定性。

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。

为了确保输出信号的纯净度和稳定性，滤波器在晶振电路中发挥着至关重要的作用。有源滤波器适用于复杂的低频信号处理。无源滤波器在高频和大功率应用中表现出色，其中石英晶体滤波器具有高频率选择性和稳定性，在高精度应用中不可或缺。 有源滤波器 通过结合有源元件(如运算放大器、晶体管)和无源元件(电阻、电容、电感)来实现滤波功能。由于有源元件能够提供增益并引入反馈，有源滤波器在处理小信号和实现复杂滤波功能时非常有效。广泛应用于音频信号处理、信号调理和通信设备中，特别适合需要增益的场合，如音频放大器和接收器电路。 优点 - 放大信号: 有源滤波器能够放大信号，这在处理微弱信号时尤其重要。 - 设计灵活:通过调节有源元件的参数，可以轻松调整滤波器的特性，适用于多种复杂滤波需求。 - 适用于低频应用:在低频范围内，有源滤波器可以利用反馈网络代替大电容或电感，实现有效的滤波。 - 多级级联:有源滤波器可以轻松实现多级滤波器的级联，且各级之间的互相影响较小，适合复杂的滤波需求。 无源滤波器 仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成，结构简单且稳定。由于没有有源元件，无源滤波器不提供增益，通常用于相对简单的滤波场合。广泛用于电源滤波、高频通信、射频信号处理等场合，通常用于滤除电路中的高频噪声或不需要的频率成分。 优点 - 结构简单:无源滤波器不依赖电源，故在大电压、大电流环境下表现稳定，适用于高频和高功率应用。 - 高频性能好:无源元件在高频范围内表现出色，尤其适合高频信号的滤波。 - 成本较低:一般来说，无源滤波器比有源滤波器便宜，特别是在不需要大尺寸电感和电容的情况下。 - 耐高压、大电流:在大电压、大电流条件下，很多有源器件会失效，而无源器件通常不受限制。 石英晶体滤波器 属于无源滤波器的一种。石英晶体滤波器是由石英晶体的机械谐振特性实现的滤波功能，不需要外部电源。由于石英晶体的高品质因数，这种滤波器具有极高的频率选择性和稳定性。晶体滤波器的主要参数为中心频率，通带宽度，插入损耗，带内波动，阻带宽度，阻带损耗，纹波，截止频率，带内驻波比，阻带抑制度，延迟，带内相位线性度。

晶振是由压电晶体构成的。 压电效应 使晶体能够在一定频率下振荡，为电路提供稳定的频率信号。无源晶体需要精确 匹配外围电路 才可以输出信号。如果晶振与电路板之间发生短路，将会导致不起振的现象，使整个电路无法正常工作。 无源晶振KX49S和KX49M的绝缘垫片能够将晶体谐振器的导电表面与电路板或其他导电部件隔离开来，从而防止短路。这不仅保护了无源晶振本身，还保障了电路的整体稳定性。 使用垫片有以下几点好处： 防止短路 ：在直插谐振器中，导电表面可能会直接接触到电路板的接地通孔焊盘，导致短路。 提高机械稳定性 ：在震动较大或机械应力较高的环境中，垫片有助于稳定晶振的机械结构。 绝缘保护 ：当晶体谐振器与其他导电部件或电路板之间存在潜在的短路风险时，垫片可以提供额外的电气绝缘保护。 电路设计要求 ：垫片可以帮助调整无源晶振的安装高度或保持适当的电气间隙。 如果电路板布局合理、机械应力分布均匀可以不使用垫片。