标签: KOAN晶振

等效电阻ESR是晶体在等效电路中的总电阻。 谐振电阻 RR是晶振本身的电阻值。大小取决于晶体的内部摩擦、电极、支架等机械振动时的损失，以及周围环境条件等的影响损失。谐振电阻较大或者较小对电路有不同的影响。以下是谐振电阻较大或者较小，对电路的影响： 谐振电阻较大 启动时间长 ：电路需要克服更大的阻力才能达到稳定振荡。不适合对启动时间比较敏感的设备。 功耗大 ：电路需要更多的能量来维持振荡，从而增加功耗。不适合电池供电的设备。 振荡稳定性降低 ：振荡不稳定，甚至可能导致晶振停振，从而影响系统的可靠性。 频率精度受影响 ：可能增加电路的负载效应，从而间接影响频率的精度。 谐振电阻较小 起振快 ：较低的电阻值可以让晶振更容易进入稳定振荡状态。适合需要快速响应的应用，如通信设备。 功耗降低 ：谐振电阻小，能量损耗减少，电路在维持振荡时消耗的电力更少。对于便携式和电池供电设备来说，能够延长电池寿命，提高设备的续航能力。 振荡稳定性提高 ：谐振电阻减少，KOAN晶振的能量损耗少，从而更稳定地维持输出频率，减少失真和抖动的概率。适合高精度应用，如精密测量和高频通信。 频率精度更高 ：由于负载效应较小，频率的漂移和误差也相应减少。设备能够在更长时间内保持准确的时钟信号。 电路优化策略 为了在设计中实现最佳性能，工程师可以采取以下策略： 选择高Q值晶片 ：选择高Q值晶片可以显著降低ESR，从而提高振荡器的效率和稳定性。 优化电路设计 ： 增益调整：确保振荡器电路具有足够的增益来补偿ESR的影响。 负载电容优化：调整负载电容CL以适应晶振的ESR特性。 放大器设计：设计更高增益的放大器或使用更敏感的电路配置。 权衡各种参数 ：在某些应用中，需要在ESR和其它电性能参数之间进行权衡。或综合考虑ESR、尺寸、功耗和成本等因素。

在晶振电路设计中，近端和远端的相位噪声会受到不同因素的影响。通常，晶振的近端相噪主要由晶体自身的参数决定，而远端相噪则更多地依赖于晶体匹配的振荡IC的特性。电性能参数，如起振时间、负载电容、负性阻抗，都对近端和远端相位噪声都有重要影响。 KOAN凯擎小妹建议优先确保近端的稳定性，同时通过适当减少晶体电流和负载电容来改善近端相噪。另外，通过增加电流可以优化远端的相噪表现。在设计晶振电路时，建议根据应用需求在相噪、起振时间和负载电容之间进行合理权衡，以优化电路性能。 1. 起振时间(T) 起振时间的长短主要由晶体的谐振电阻和振荡器的负性阻抗共同决定。高Q值的晶体谐振电阻较小，因此起振速度更快。公式如下， 其中谐振电阻R，负电阻Rˉ、动态电感L、动态电容C1、频率ω、k为常数(12~30)： 2. 负性阻抗(Rˉ) KOAN振荡器的负性阻抗通常设计为晶体谐振电阻的3至20倍，这样可以有效加快起振过程并提高振荡的稳定性。负性阻抗的倍数越高，起振速度越快。 其中：gm为跨导，与振荡IC的设计相关。在负载电容CL较小的情况下，增加 gm的值可以提高负性阻抗，从而加快起振。 3. 负载电容(CL) 负载电容的大小不仅影响振荡器的负性阻抗，还会对近端和远端相噪带来不同的影响： 小的CL ：较小的负载电容使负性阻抗变大，起振速度更快，牵引量更大，但同时也更容易受到杂散电容的影响。这对近端相噪有利，但可能增加远端相噪。 大的CL ：较大的负载电容会减小负性阻抗，导致起振速度较慢，但杂散电容的影响较小，有助于提升远端相噪的稳定性，可能对近端相噪不利。

在晶体振荡器中，峰峰值Vpp、功率线性值和dBm之间的关系对信号分析十分重要。今天，KOAN凯擎小妹将介绍一下这些参数的概念，计算方法，意义，以及如何转换单位。这些内容可以帮助您高效地评估信号强度、计算功率损耗，以及优化系统性能。 Vpp和RMS: 峰峰值 (Vpp) 是指信号在一个周期内的最大值与最小值之间的差值。有效值(RMS)代表信号的平均功率。对于正弦波晶振，Vpeak和RMS的参数转换公式如下: Vpp和mW 晶振输出信号的功率P(单位mW)表示信号在传递过程中消耗的能量。功率过高，会损坏器件；过低功率则会导致信号弱。在标准阻抗50欧姆下，我们可以通过峰峰值Vpp计算功率P。正弦波信号的功率计算公式为： Vpp和dBm 通过Vpp直接计算dBm，可以方便地评估信号的增益和损耗，确保系统满足性能的要求。 mW和dBm dBm表示晶振输出信号的功率。在晶振的实际和调试的过程中，dBm常用来确保信号的强度是否符合预期。 相反，如果已知dBm的值： dBm和W 基准值：30dBm = 1W 每增加3dBm：功率乘2 每减少3dBm：功率除以2 每增加10dBm：功率乘10 每减少10dBm：功率除以10 如果信号功率为32dBm: 32dBm= (30+3+3+3+3-10)dBm = (1*2*2*2*2*0.1)W=1.6W dB和dBc dB表示两个功率、电平或电流之间的比值的单位。用于比较两个信号的相对大小。 dBc表示信号相对于载波的功率比。dBc用于衡量信号的相对干扰或噪声水平。如果信号的功率比载波功率低30dB，则记录为-30dBc。

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。