标签: 晶振频率

在选购或者使用晶振时，我们经常会听到 频率准确度 和 频率稳定度 这两个概念。虽然两者都与晶振的频率变化相关，但它们的关注重点不同。 1. 频率准确度 频率准确度是指晶振的实际输出频率与其标称频率之间的偏差。通常用ppm来表示。数值越小，表示晶振的实际频率越接近理想值。对于要求精确计时或高精度通信的应用，频率准确度越高越好。如果误差过大，可能会导致数据同步错误、通信频率漂移，甚至系统故障。 1.1 影响准确度的因素 制造公差：即使是同一批次的晶振，也可能会有细微的加工误差。 初始调节误差：出厂校准时可能会有微小的误差。 温度变化：虽然25°C室温下的准确度较高，但温度变化会影响晶振频率。 电源电压变化：供电电压的波动可能会导致频率偏移。 1.2 规格书参数解读 假设8MHz的晶振， 调整频差 为±10ppm。这个晶振在25°C室温下，实际频率可能为： 8MHz±(10×10⁻⁶×8MHz) = 8MHz ± 80Hz 即7.999920MHz到8.000080 MHz 2. 频率稳定度 频率稳定度描述的是晶振的频率随时间、温度、电源电压、机械振动等因素变化的程度。它衡量的是在不同环境条件下，晶振频率的漂移情况。 2.1 影响的因素 温度变化：温度是影响频率稳定度的主要因素，不同晶振的温漂不同。 电源电压波动：电压变化会影响晶体的振荡频率。 老化：晶振的频率会随着时间逐渐变化，通常以“ppm/年”表示。 机械振动和冲击：外部振动或冲击可能导致晶振频率瞬时漂移。 2.2 规格书参数解读 假设10MHz的温补晶振(KT20)，当温度在-40~85°C之间变化时，它的频率最多偏离标称值±0.5ppm。这个晶振的频率变化为： 10MHz±(0.5×10⁻⁶× 10 MHz) = 10MHz ± 5 Hz 即9.999995 MHz到10.000005 MHz 凯擎小妹总结 频率准确度：出厂时的频率偏差，决定了初始的精确程度。 频率稳定度：随时间和环境变化的漂移，决定了长期使用的可靠性。 参数 频率准确度 频率稳定度 定义 出厂时的实际频率与标称值的偏差 频率随环境因素（温度、电压、时间等）变化的程度 单位 ppm、ppb、% ppm、ppb、Hz 影响因素 制造误差、初始校准、温度、电压 温度、电压、老化、机械振动 时间 相关 性 某一时刻的准确性 随时间或环境变化的稳定性 适用 场景 GPS、通信同步、测量仪器 高精度时钟、导航系统、实验室设备

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。

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。

今天这节课，让我们来了解一下石英晶体切割类型与频率的关系，所谓晶体切割类型，就是对晶体坐标轴某种取向的切割。石英晶片的切割类型有很多种，不同的切型其物理性质不同，频率范围也不同，切面的方向与主轴的夹角对其性能有重要影响，比如：频率稳定性，活性水平，Q值，温度系数等。 下图是我们石英晶体在切割时的主要类型： 我们大部分在市面上看到的晶振大部分采用的是厚度剪切(Thickness-Shear )类型中的AT切，以最常用的AT切割晶体晶片为例，晶片平面与Z轴的夹角为35°15'。在28MHz基频厚度剪切振动的情况下，晶片厚度约为0.06毫米，AT切割频率范围，基频为0.8~80MHz，泛音模式下为20MHz~230MHz。厚度振荡模式下的BT切割基频的频率范围为2MHz~35MHz。当然还有长度-宽度-挠曲的振荡模式切割方式，这个模式下切割出来的晶片大多应用于32.768KHz这个频率较多，如+2˚X、XY、NT的切割模式，这个切割模式频率范围为1KHz~100KHz。 以上为我司对晶片切割角度与频率关系的理解！希望能让大家对晶振产品有一个更加深入的了解。

晶振频率和脉冲 晶振频率是晶体振荡器每秒产生的振荡次数。晶振的主要作用是提供一个稳定的时钟信号，以确保电子设备的同步操作。脉冲是时钟信号的基本单位。一个脉冲通常包括一个上升沿和一个下降沿。 假设晶振频率为12 MHz: 12MHz = 12x10^6个脉冲/秒 抖动会导致时钟信号的边沿不稳定，从而影响脉冲的准确性。抖动分为确定性和随机性抖动。确定性抖动是可识别的干扰信号造成的。 时钟周期和脉冲 时钟周期是时钟信号完成一个完整周期所需的时间。时钟信号是一种持续的正弦波或方波，用于同步电路的操作。时钟周期的长度由晶振频率决定。 时钟周期T与晶振频率f关系为：T= 1/f 假设晶振频率为12MHz：一个时钟周期 = 1个脉冲 = 1/(12x10^6)=1/12微秒 机械周期和时钟周期 机械周期是机械系统中一个完整的运动循环所需的时间。单片机访问一次储存器ROM的时间为一个周期。假设晶振频率为12MHz，一个机械周期包括12个时钟周期。 时钟周期=1/12微秒 机械周期=1/12 * 12 = 1微秒