标签: 无源晶振

在谐振器(无源晶振)S&A250B测试软件中，DLD1到DLD7主要用于分析晶体在 不同驱动功率下的阻抗变化 。此外，还有其他DLD参数用于 反映晶振的磁滞现象，以及其频率和功率特性 。这些参数可以帮助工程师全面了解KOAN晶振在不同功率条件下的动态特性，从而优化其应用和性能。 磁滞现象 晶振的磁滞现象(Hysteresis)是指在驱动功率变化时，晶体的阻抗或频率无法立即恢复至初始状态，而表现出 滞后效应 。 1. DLDH： Hysteresis Ratio (MaxR/MinR) 在不同驱动功率下，晶体的最大阻抗与最小阻抗的比值。比值越大，说明阻抗变化幅度越大，晶振在功率变化中的非线性程度更高。DLDH用于量化功率变化过程中磁滞现象的相对程度。 2. DLDH2： Hysteresis Difference (MaxR - MinR) 在不同驱动功率下，晶体最大阻抗和最小阻抗的绝对差值。直观反映阻抗变化的幅度。DLDH2帮助分析晶振的功率响应范围和非线性行为。 3. DLDH2P： Power Level of Max Hysteresis (MaxR - MinR) 晶振在磁滞扫描中，最大阻抗与最小阻抗差值达到最大值时的驱动功率。确定晶振在特定功率范围内的性能瓶颈或非线性峰值。DLDH2P帮助优化驱动的条件，避免晶振工作在影响性能的功率范围内。 阻抗变化分析 阻抗变化是晶振性能的关键指标，直接关系到其与电路的匹配程度及振荡的稳定性。 1. DLDHP： Power of Worst Impedance Ratio (Rmax/Rmin) 最大阻抗与最小阻抗的比值达到最差值时的驱动功率。表征晶振在极端条件下的阻抗变化。DLDHP用于评估晶振在最恶劣功率条件下的可靠性和稳定性。 频率与功率特性 频率和功率参数用于评估激励功率对晶振性能的具体影响，并对测试设备和设计进行校准。 1. DLDF： Frequency at a Specific DLD Step 在特定驱动功率下，晶体的振荡频率。反映驱动功率对振荡频率的微小影响，检测频率稳定性。DLDF用于分析KOAN晶振是否满足高精度应用的要求。 2. DLDFP： Power Output at a Specific DLD Step 某一特定功率点的实际功率输出。检测是否存在功率耗散或驱动功率偏差。校准测试设备，确保测试条件的准确性和一致性。 3. DLDR： Resistance at a Specific DLD Step 特定功率下的晶振等效阻抗。评估激励功率对阻抗的影响，观察阻抗随功率变化的趋势。改善电路与晶振的阻抗匹配，确保振荡器稳定起振。

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。

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：

晶振提供时钟信号，用于同步音频设备中的各个部分的运行。高质量晶振可能会带来更清晰、更精确的音质。而质量较低的振荡器会导致声音抖动，出现噪音和失真。 影响音质的晶振参数 1. 相位噪声: 抖动会导致音频信号的失真和不稳定性，因此低抖动的晶振能够确保音质的稳定和清晰。《相位抖动是从哪来的？》 2。 频率稳定性: 频率稳定性表示晶振的输出频率因温度变化、频率老化、电压变化、输出负载变化等外部条件而发生的变化，详见《晶振的总频差》。高质量的KOAN振荡器的频率稳定性高，保证音质的一致性。 影响音质的其它因素 虽然晶振对音质的总体影响较小，但它对音响设备整体保真度有影响。影响音质的其它因素有数字模拟转换器质量、模拟电路和电源供应。 1. 数字模拟转换器: DAC在将数字信号转化为模拟波形时发挥重要作用。低失真水平的高质量DAC保证音频的准确性。 2. 模拟电路: 模拟信号路径中电容器、电阻器和其他组件的质量对音质的影响很大。高级组件可以最小化噪音和失真。 3. 电源供应: 稳定的电源确保所有电子元件的最佳性能。 晶振推荐 1. 32.768KHz:32.768kHz的晶体和振荡器主要应用于实时时钟，具有小体积低功耗的特点。用于同步各个部件的操作，确保音频信号的准确采样、处理和输出。 2. 低抖动晶振: KOAN低抖动振荡器可以降低时钟信号的波动，减少数字信号的抖动，从而减少音频信号中的失真和噪声。这有助于提升音响系统的声音清晰度、分辨率和动态范围，使音乐听起来更加逼真。 3. 压控晶振: 在音响应用中的主要作用是调整音频设备的时钟频率，以纠正时钟信号的偏差或抖动，从而提升音频信号的质量和准确性。 4. 恒温晶振: 能够在不同的温度条件下保持稳定的频率输出，从而确保音响设备在各种环境下都能提供一致的性能和音质。

驱动功率和负性阻抗是石英晶体谐振器设计中的关键参数，直接影响振荡线路的性能和稳定性。 驱动功率DL 驱动功率指的是石英晶体谐振器在振荡过程中所消耗的功率，通常以微瓦为单位表示。 将一根引线焊接到晶体上来测量电流值 在振荡线路的设计中，必须提供适当的功率使石英晶体谐振器开始振荡并维持振荡。为了保证石英晶体谐振器的稳定性和长期可靠性，在振荡线路设计中应该避免提供过高的驱动功率。 不同封装及频率的激励等级参考值： 直插KX49U,贴片KX49M 100uW(500Max) KOAN贴片晶体MHz (1612~7050) 10uW(50Max) 32.768Khz无源晶振 0.1uW(0.5Max) 如何减少驱动功率 - 增加阻尼电阻，反相放大器的输出幅度将会减小，实际驱动功率也将减小。振荡幅度也随之减小。但应保证振荡裕量超过RR的5倍。 - 减小外部负载电容，振荡电路阻抗将会增加，实际驱动功率将会减小。 小型化低功耗晶振 随着晶振小型化低功耗发展趋势，激励功率，电流，体积，功耗相应减小，驱动能力变弱；如果电子设备需要负载比较大，驱动能力比较强的驱动电路，尽量选择体积大的晶体。如果既要体积小又要驱动能力相对较强，可选用驱动能力比较高的振荡IC，同时选择高Q值晶体。 KOAN晶振1.6x.1.2贴片封装的选择: 无源晶振-KX16 温补晶振-KT16CS 负性阻抗 振荡器需要产生稳定的振荡信号，而负性阻抗可以帮助维持振荡器的稳定性。石英晶体振荡器的振幅条件是振荡起动及能正常持续振荡的条件，回路上的负性电阻绝对值│-R│。 建议振荡宽限为晶振等效串联电阻RR的5倍之上：│-R│≥ 5RR；电路进入正常振荡状态时│-R│变小：达到RR=│-R│。 负电阻测量 负电阻测量的方法是添加一个电阻Rtest（最好是低感应电阻）与晶体串联。逐步用更高阻值的电阻替换Rtest，直到振荡停止。Rtest和晶体RL的总电阻等于振荡器的负电阻。