标签: 晶振电阻

石英晶体是一种压电材料，具有压电效应。这种特性使得石英晶体可以用作谐振器，在特定频率下产生稳定的振荡信号。压电谐振现象可以用等效电路来模拟。 等效阻抗 R1 R1表示晶体在固有谐振频率下的等效阻抗，与Q值成反比。Q值是由生长的水晶料品质决定的。 等效电阻ESR ESR是晶体在等效电路中的总电阻。理想的电容不会有任何能量损失。但在电容的绝缘介质也会产生能量损耗。这些损耗在电路中表现为一个与电容器串联的电阻，从而产生“等效串联电阻”。ESR是通过等效电路计算出来的值，ESR较低的晶体更容易启动并保持稳定的振荡。 谐振电阻 RR RR是晶振本身的电阻值。大小值取决于晶体内部摩擦、电极、支架等机械性振动时的损失，以及周围环境条件等的影响损失。它反映了晶体在振荡过程中的能量损耗。 RR越小，晶体的品质因数Q越高。晶体的能量损耗越小，振荡性能越好。 RR可以通过S&A250B网络分析仪可以测量。以下是我们实际的测量数据：

晶振电路中的电容和电阻是调整和维持晶振振荡稳定性的关键元件。KOAN凯擎小妹带大家了解一下晶振电路中电容电阻的一些基本原理和作用。 电容的作用 通过合适选择电容值，可以调整晶振的振荡频率，并确保在不同温度和电源条件下仍能保持稳定的性能。负载电容CL是连接在晶振的输出端的电容，它影响晶振的谐振频率。通过调整负载电容的大小，可以微调振荡频率，确保电路工作在设计频率上。杂散电容Cstray值一般为4~6pF。杂散电容可能对无源晶振的输出频率精度及稳定性造成不确定性影响。一般情况下，杂散电容会因电路板的复杂程度、布线设计的不合理性而增加。 调整频差FL是在25℃基准温度下，工作频率相对于标称频率所允许的偏差。石英晶体谐振器的规格书中，我们常看到调整频差用±30ppm max来表示，而KOAN晶振的实际的产品误差值会更小。 调整频差和负载电容的关系： FL=Fr+Ts×(CL+Cstray) FL-有载谐振频率 Fr-晶体的谐振频率 Ts-晶体的牵引量 CL-负载电容 Cstray-杂散电容 在并联型振荡器电路中，晶体X1两端的引脚和单片机内部的反相器相连，再匹配电容C1和C2，以及电路Rf和Rd组成皮尔斯振荡器。C1,C2的作用是让晶振谐振并稳定输出，尽可能达到标称频率的频率信号，同时可以过滤一部分高频干扰杂波。 如果通过最大限度的调整振荡电路的晶体外部电容也难以实现振荡电路的频率稳定性，可以让晶振供应商调整 CL 大小。 电阻的作用 芯片Xin和Xout内部一般是施密特反相器，反相器不能驱动晶体振荡，需要并联一个电阻，即并联电阻Rf。电阻完成输出信号反向180度反馈到输入端进行负反馈，构成负反馈放大电路Amp。KHz晶振电路Rf为10MΩ左右；MHz晶振电路Rf为1MΩ左右。如果没有加Rf，晶振电路也可能会起振，但存在不起振或者停振的隐患。 串联电阻Rd连接在晶振的输入或输出端，用于限制输出电流，防止晶振被过分驱动。这有助于防止损耗并提高晶振的可靠性。晶振过分驱动会使频率上升，导致晶振早期失效。Rd用来调整激励电平。Rd具体大小需要根据驱动程度进行调整。 稳定振荡电路的具体措施 电路匹配电容要合适(满足振荡的相位条件)：电路匹配电容加上电路杂散电容，愈接近晶体负载容量，目标频率愈精准。 措施1：调整外部负载电容。增加外部负载电容以减小实际的振荡频率，反之增加。如果增加外部负载电容，振荡裕量和振荡幅度会减小。 措施 2：更换合适的负载容量晶体。 总的来说，首先要追求系统的稳定性，然后选择适度的负载电容值；在确定中心负载电容值时，需要考虑频率变化的需求。确保匹配合适，以获得良好的相位噪声。近端相位噪声取决于晶体的 Q 值，而远端相位噪声则受匹配电容和振荡 IC 影响。较高的匹配电容有助于提高振荡电路的在线 Q 值，从而改善远端相位噪声，而较低的负载电容则有利于减少近端相位噪声。

等效电路图： 石英晶体的压电谐振现象可以用等效电路来模拟。等效电路包括静态电容C0，动态电容C1,谐振电阻R1,以及动态电感L1。晶体两引脚之间的电容为静态电容C0。在不考虑C0时，谐振电阻RR近似等于晶体的动态电阻R1和等效串联电阻ESR。 RR,R1,ESR概念解释： RR: 晶振谐振电阻, 又被叫为晶振内阻/晶振电阻，是晶振本身的电阻 值。大小值取决于晶体内部摩擦、电极、支架等机械性振动时的损失，以及周围环境条件等的影响损失。 R1: 表示晶体在固有谐振频率下的等效阻抗，与Q值成反比。Q值是由生长的水晶料品质决定的。 ESR: 等效串联电阻，表示能耗。与Q值成反比，Q值越高，固有频率则越稳定。 晶振谐振电阻过大，会怎么样： 目前市场朝着小型化发展，谐振电阻RR也会增大，负载电容CL会降低。RR大，起振需要的功耗大，激励电平不变，内阻过大会造成起振困难。