tag 标签: 晶振

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  • 2022-6-30 15:13
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    石英晶振按属性可划分为石英晶体振荡器(有源晶振)和石英晶体谐振器(无源晶振)。   有源晶振 = 无源晶体+逻辑电路。有源晶振自身是一个完整的振荡器,有4只引脚分别为 VCC(接电压)、GND(接地)、OUT(时钟信号输出)、NC(悬空)。有源晶振精密度和稳定性高于无源晶振,振荡器内部本身除了有加工过的压电石英晶片外,还要有源振荡器IC,以及电阻两颗,电容两颗,有些会有一颗三级稳压管等原件。   无源晶振结构相对简单,主要由按照一定形状切割后的石英晶片和两个电极板组成,其自身无法振荡,需要电容电阻等元器件起振。无源晶振通常只有两个脚是功能脚,其余引脚并无功能性。无源晶振具有信号电平可变、低成本、低功耗等优势,应用场景十分丰富。   有源晶振VS无源晶振   无源晶振按封装形式进一步分为SMD无源贴片晶振和 DIP无源直插晶振   贴片晶振主要采用先进的晶片的抛光工艺技术,使晶片表面更光洁,平行度及平面度更好,大大地降低谐振电阻,精度得到了很大的提升;同时,SMD 晶振体积小巧,适用于对尺寸要求较高的应用场景,比如智能手机、无线蓝牙、平板电脑等电子数码产品。   DIP 晶体谐振器最常见的频率为 32.768KHz,产品普遍存在的尺寸有 3x8mm、2x6mm,体积略大于贴片晶振。此类产品通常应用于钟表、平板电脑、微型计算机、计算器、家电自动控制和工业自动控制等领域,上述终端产品给微型元器件提供的安装空间相对充裕。   DIP 晶体谐振器最常见的频率为 32.768KHz,产品普遍存在的尺寸有 3x8mm、2x6mm,体积略大于贴片晶振。此类产品通常应用于钟表、平板电脑、微型计算机、计算器、家电自动控制和工业自动控制等领域,上述终端产品给微型元器件提供的安装空间相对充裕。   有源晶振根据国际电工委员会(IEC)标准可分为 4 类:普通晶体振荡器、电压控制式晶体振荡器(VCXO)、温度补偿式晶体振荡(TCXO)和恒温控制式晶体振荡(OCXO)。   普通晶体振荡器(SPXO):是最基本的有源类型,其稳定性完全由石英晶体固有特性决定。其性能与其它无源谐振器相比有了提升:即使是尺寸为 2.5mmx2.0mm 的晶振,在环境温度为-45℃至 105℃区间,也可实现±50ppm 的稳定性。   电压控制晶振(VCXO):压控晶振中常使用 AT 切石英谐振器,通过在振荡回路中引入一个可调元件,来实现振荡频率随压控电压调节的功能。可调元件通常为变容二极管,通过外加电压使变容管的电容值发生改变,进而使谐振回路的谐振频率随之变化,达到压控的目的。   温度补偿晶振(TCXO):如果固有频率与石英晶体的温度稳定性不能满足应用要求,可以采用温度补偿晶振。通过改变振荡回路中的负载电容,使其随温度变化来抵消因温度环境而产生的频率漂移。TCXO 的精度误差可控制在±0.5ppm 至±2ppm。   恒温控制晶振(OCXO):具有烤腔的振荡器将晶体加热到高温,这样以来即使环境温度发生改变,晶体的温度也保持稳定。OCXO 的频率偏差可低至 0.025ppm。而这种稳定性的提升是以增加功耗为代价的,典型的 OCXO 可能需要 0.5 到 5W 的功率来维持内部温度。
  • 热度 3
    2022-6-30 15:11
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    智能健身镜,是一款人工智能+互联网技术深度结合的智能健身产品,它打破了传统健身所固有的模式,让足不出户的我们也能拥有健康的生活,那么智能健身镜使用到哪些晶振? 一、晶振在智能健身镜的作用 智能健身镜是以硬件+内容为载体,支持蓝牙或Wi-Fi连接,通过虚拟教练来为用户健身提供实时指导与反馈,同时自带的AI摄像头和识别传感器,能够对用户的动作进行实时纠正。 对于智能健身镜这样智能化的电子产品来说,人机交互、语音识别等功能的实现必然离不开晶振的支持。 这些晶振的作用主要负责 实时时钟、程序指令时钟、蓝牙数据传输、开机、网关、有线网络数据、无线网络数据(WIFI) 等。 二、智能健身镜常用的晶振 我们都知道晶振的频率精度及稳定性是电子数码产品性能的保障,如果智能健身镜晶振工作中发生不良现象,如频偏、停振等问题,将会直接导致电子设备相关功能失效,严重时甚至造成无法开机。 因此一款好的智能健身镜,其电路板上使用的晶振元件必须具备高精度、高稳定性的特点,这样才能保证智能健身镜的各项功能稳定有序地运作。 智能健身镜系列产品中用到的晶振一般为 2520晶振及3225晶振 这两款主流封装。 常用晶振频点有32.768KHz、12MHz、16MHz、24MHz、25MHz、26MHz、27.12MHz、32MHz、40MHz等。 智能健身镜使用的晶振类型,可根据其电路设计的需求选择无源晶振或有源晶振方案。无源晶振需要外接电容与之匹配,而有源晶振输入额定电压即可输出所需时钟信号,具有更高稳定性及抗干扰等显著优势。
  • 2022-6-27 09:06
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    晶振的频率精度、稳定度及长期稳定度
    晶振(xtal)属于精密频率元件,可提供稳定、精确的频率信号。但由于切片工艺、补偿方式和电路结构不同,晶振的频率特性也个不相同,选型时必须考虑三个重要参数:频率精度、频率稳定度和长期稳定度。 1. 频率精度 频率精度(Frequency Tolerance)即调整频差,是晶振在常温环境下(+25℃)的输出频率fx和中心标称频率f0之间的偏差。 该参数受晶片材料和环境影响较大,一般大小在几个ppb至±100ppm范围内。常见晶振的频率精度如下: xtal晶体谐振器:50ppm 热敏晶振(thermistor xtal):±10ppm VCXO压控晶振:±20ppm TCXO温补晶振:±0.2ppm左右 OCXO恒温晶振:几个ppb 例如,泰晶科技的T2520热敏晶振(xtal)的25°C频率精度和-30°C ~ +85°C工作温度范围的频率稳定度均达±10ppm,这已经达到了晶振振荡器(XO)的精度,还可根据用户需求定制更高精度的产品。 图1. 晶振的频率温度特性:频率精度、稳定度及老化性能 实际应用中,晶振精度有可能受电压变动有±1ppm的影响,焊接温度变化有±5ppm的影响,机械振动与冲击有±3PPM的影响,杂散电容有10~20ppm及以上的影响,工作环境温度有5~20ppm的影响。因此,选型时需要留10ppm裕量,如需要±30ppm频率精度时,一般选择频率精度为±20PPM的晶振。 2. 频率稳定度 晶振的频率稳定度(Frequency Stability)通常指的是温度稳定度,即温度频差,这是衡量晶振的输出频率在工作过程中由于温度变化而可能发生变化的短期稳定性指标。如果频率漂移超出了应用程序的预期,定时误差可能会出现。 在所有晶振中,OCXO恒温晶振的频率稳定度最高,可达到ppb级别(10-9),TCXO温补晶振的稳定度在1ppm以下,普通晶振的稳定度在100ppm以内。而原子钟的稳定度更高,一般在10-11以上。 对于智能手机、GPS模块、WIBRO、DMB、转发器等通信应用,一般要求±1ppm以下的稳定性,这就要采用TCXO类温补晶振。如惠伦晶体的TC2016温补晶振采用热敏电阻进行温度补偿,稳定度可达±0.5 ppm Max.。 3. 长期稳定度 长期稳定度(Frequency Aging)指的是年老化率,一般为±3ppm/年(第一年,常温25℃条件下),后续趋于稳定。 图3. 晶振的频率稳定度与温度、电源、负载、老化等因素有关 例如,惠伦晶体的TC2016温补晶振(TCXO)首年老化率不超过±1.0 ppm。泰晶科技的T2520热敏晶振(xtal)首年老化率不超过±1.0 ppm。 晶振经过长时间缓慢老化,会导致输出频率缓慢漂移。由于大部分晶振厂家的datasheet只提供了25℃下老化一年的数据,对于涉及到工业类应用,用户可向供应商索取更高温度下老化10年的数据,因为晶振参数是可以定制的。
  • 热度 7
    2022-6-21 08:41
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    谈谈晶振的相位噪声(Noise)和抖动(jitter)
    晶振是个大家族,除了SPXO外,更有压控晶体振荡器(VCXO)、温补晶体振荡器(TCXO)、恒温晶体振荡器(OCXO),以及数字补偿晶体振荡器(MCXO或DTCXO),每种类型都有独特的性能,例如相位噪声和抖动(jitter)这两个指标。 什么是相位噪声和抖动? 简单讲,抖动(jitter)是某一事件的时程与理想时程的时间偏差,单位以fs(微微秒、飞秒,即10-15秒),或者ps(皮秒,1ps = 1000fs = 10-12秒)表示。 如果用仪器测量,呈现出的是信号的频域特性,称作“相位噪声(Phase Noise)”。本质上,这两者是一样的,只是表述方式不同而已。 (1)抖动 抖动分确定性抖动(Deterministic jitter,DJ)和随机性抖动(Random jitter,RJ)两种。DJ通常幅度有限,以单位时间表示;RJ为高斯分布,以RMS均方根值表示,RMS Jitter值大小与振荡输出频率成反比。 晶体振荡器的RMS Jitter值与输出频率成反比 晶振的抖动通常由噪声引起,并导致频率不稳定。对于精密电子仪器、无线电定位、高速目标跟踪和宇航通信等应用领域,选择低噪声晶振十分重要。 (2)相位噪声 相位噪声(Phase Noise)是抖动在测量仪器上的表现,通常定义为一个振荡器在某一偏移频率fm处1Hz宽带内的单边信号功率和信号总功率比值,单位是dBc/Hz,通常表示为dBc/Hz@fm。 若没有相位噪声,振荡器的整个功率都集中在f0(10MHz为例),功率频谱就是一条以f0为中心的直线,且信号为纯正的正弦波。但是任何信号都有不稳定性,从而产生了边带sideband。 相位噪声的来源主要有三方面: (1)晶体品质Q值。高频晶体有很高的近载波相位噪声(Close-in Phase Noise), 因为他们有低的Q值和更宽的边带。 (2)晶体外围电路:包括包括IC、RC元件、引脚等。 (3)信号输出(白噪声)。 高速系统对晶振相位噪声的要求 在通信网络、无线传输、ATM和SONET等高速系统中,时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率。不仅如此,它还会导致通信链路的误码率增大,甚至限制A/D转换器的动态范围。有资料表明,在3GHz以上的系统中,时间抖动(jitter)会导致码间干扰(ISI),造成传输误码率上升,这就要求晶振选型必须满足严格的抖动指标。 如果需要设备即开即用,就必须选用VCXO或温补晶振;如果要求稳定度在0.5ppm以上,则需选择数字温补晶振(MCXO)。模拟温补晶振适用于稳定度要求在5ppm~0.5ppm之间的需求。VCXO只适合于稳定度要求在5ppm以下的产品。在不需要即开即用的环境下,如果需要信号稳定度超过0.1ppm的,可选用OCXO。 面向高速通讯应用的高频低噪声晶体振荡器 一般来说,晶体振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。例如,对于需要低噪声、稳定和精确时钟源的工业级设备(比如收发器模块或数据中心),可选择150fs小型塑封石英PLL振荡器;而通讯、导航、雷达应用领域的要求会有更高如50fs,这需要将100MHz以上基波起振的高频石英晶体单元与噪音特性优越的振荡IC相组合。
  • 2022-6-17 17:30
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    随着大多数电子设备制造商不断缩小产品尺寸,无源元件制造商也要顺应市场需求不断缩小其晶体封装尺寸。那么,减小晶振的封装尺寸能否带来什么好处?本文深入了解电子工程师在使用较小尺寸的晶振时面临的好处。 一、满足PCB灵活空间 如果工程师希望缩小PCB尺寸或在现有电路板上为额外电路创造更多空间,那么更小的晶体封装元件可以帮助他们实现这一目标。同时,还可以减小产品的尺寸或在产品中包含更多功能。 二、高成本效益 与较大的晶体元件相比,较小的晶体元件可能更昂贵。因为较小的晶体生产起来更复杂,工厂可能不得不购买新的生产设备或使用新技术。在投资回报(ROI)之前,这些晶体将比其他晶体尺寸更昂贵。 此外,2.0x1.6mm等微型封装的晶体价格将略有上涨,因为开发新频率或新稳定性的难度和成本更高。然而,较大的封装元件(例如7.0x5.0mm)可能更昂贵,因为与其他封装尺寸相比,生产量有所下降。这种减少的数量意味着在这些产品的制造中不再能够实现规模经济。 一般来说,随着数量的增加,成本会降低。这是因为原材料(例如水晶坯料)的订单量较大,并且工厂能够在生产机器上使用相同的设置来生产更多晶体。这将节省时间,使生产大量相同晶体变得更容易、更便宜。由于较小的晶体已经很长时间没有出现在市场上,因此许多项目仍处于设计阶段,但是一旦开始大规模生产,这些晶体的价格就会下降。考虑到所有这些,“最佳位置”目前位于2.5x2.0mm和3.2x2.5mm,因为这些晶体尺寸更具成本效益。 三、降低运输和存储成本 一般来说,使用更少的材料对环境更好。对于较小的晶体元件,需要较少的原材料,并且可以减少包装材料。此外,较小的晶体元件更轻,在运输过程中或在仓库中不会占用大量空间,这可以降低运输成本和存储成本。
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    AI产品层出不穷,手里收藏了有关电子通信,毕业设计等资料,方案诸多,可实施性强。单片机的应用开发,外设的综合运用,纵使智能产品设计多么复杂,但其实现的基本功能都离不开MCU的电路设计与驱动编程,无论是使用51单片机还是AVR单片机,其方案的选择因项目需求而定,需要这方面资料的工程师们,看过来吧。
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