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淺談晶體晶振區(qū)別、應(yīng)用范圍及用法

發(fā)布時(shí)間:2018-08-23 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】無(wú)源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器,在datasheet上有建議的連接方法。無(wú)源晶體沒(méi)有電壓的問(wèn)題,信號(hào)電平是可變的,也就是說(shuō)是根據(jù)起振電路來(lái)決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的DSP,而且價(jià)格通常也較低,因此對(duì)于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。
 
1、無(wú)源晶體
 
無(wú)源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器,在datasheet上有建議的連接方法。無(wú)源晶體沒(méi)有電壓的問(wèn)題,信號(hào)電平是可變的,也就是說(shuō)是根據(jù)起振電路來(lái)決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的DSP,而且價(jià)格通常也較低,因此對(duì)于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。無(wú)源晶體相對(duì)于晶振而言其缺陷是信號(hào)質(zhì)量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用于信號(hào)匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。建議采用精度較高的石英晶體,盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。
 
淺談晶體晶振區(qū)別、應(yīng)用范圍及用法
 
2、有源晶振
 
有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器,信號(hào)質(zhì)量好,比較穩(wěn)定,而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單(主要是做好電源濾波,通常使用一個(gè)電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò),輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過(guò)濾信號(hào)即可),不需要復(fù)雜的配置電路。有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。相對(duì)于無(wú)源晶體,有源晶振的缺陷是其信號(hào)電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價(jià)格高。對(duì)于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用,個(gè)人認(rèn)為還是有源的晶振好,因?yàn)榭梢赃x用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補(bǔ)償晶振。有些DSP內(nèi)部沒(méi)有起振電路,只能使用有源的晶振,如TI的6000系列等。有源晶振相比于無(wú)源晶體通常體積較大,但現(xiàn)在許多有源晶振是表貼的,體積和晶體相當(dāng),有的甚至比許多晶體還要小。
 
淺談晶體晶振區(qū)別、應(yīng)用范圍及用法
 
幾點(diǎn)注意事項(xiàng):
 
1、需要倍頻的DSP需要配置好PLL周邊配置電路,主要是隔離和濾波;
 
2、20MHz以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩(wěn)定度好,20MHz以上的大多是諧波的(如3次諧波、5次諧波等等),穩(wěn)定度差,因此強(qiáng)烈建議使用低頻的器件,畢竟倍頻用的PLL電路需要的周邊配置主要是電容、電阻、電感,其穩(wěn)定度和價(jià)格方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于晶體晶振器件;
 
3、時(shí)鐘信號(hào)走線長(zhǎng)度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印制線間距盡可能大,緊靠器件布局布線,必要時(shí)可以走內(nèi)層,以及用地線包圍;
 
4、通過(guò)背板從外部引入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)有特殊的設(shè)計(jì)要求,需要詳細(xì)參考相關(guān)的資料。
 
此外還要做一些說(shuō)明:
 
總體來(lái)說(shuō)晶振的穩(wěn)定度等方面好于晶體,尤其是精密測(cè)量等領(lǐng)域,絕大多數(shù)用的都是高檔的晶振,這樣就可以把各種補(bǔ)償技術(shù)集成在一起,減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。試想,如果采用晶體,然后自己設(shè)計(jì)波形整形、抗干擾、溫度補(bǔ)償,那樣的話設(shè)計(jì)的復(fù)雜性將是什么樣的呢?我們這里設(shè)計(jì)射頻電路等對(duì)時(shí)鐘要求高的場(chǎng)合,就是采用高精度溫補(bǔ)晶振的,工業(yè)級(jí)的要好幾百元一個(gè)。
 
特殊領(lǐng)域的應(yīng)用如果找不到合適的晶振,也就是說(shuō)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性超出了市場(chǎng)上成品晶振水平,就必須自己設(shè)計(jì)了,這種情況下就要選用晶體了,不過(guò)這些晶體肯定不是市場(chǎng)上的普通晶體,而是特殊的高端晶體,如紅寶石晶體等等。
 
更高要求的領(lǐng)域情況更特殊,我們這里在高精度測(cè)試時(shí)采用的時(shí)鐘甚至是原子鐘、銣鐘等設(shè)備提供的,通過(guò)專用的射頻接插件連接,是個(gè)大型設(shè)備,相當(dāng)笨重。
 
晶振:即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時(shí)鐘振蕩器的統(tǒng)稱。不過(guò)由于在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中,諧振器用的更多,所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了。后者就是通常所指鐘振。
 
3、分類。首先說(shuō)一下諧振器。
 
諧振器一般分為插件(Dip)和貼片(SMD)。插件中又分為HC-49U、HC-49U/S、音叉型(圓柱)。HC-49U一般稱49U,有些采購(gòu)俗稱“高型”,而HC-49U/S一般稱49S,俗稱“矮型”。音叉型按照體積分可分為3*8,2*6,1*5,1*4等等。貼片型是按大小和腳位來(lái)分類。例如7*5(0705)、6*3.5(0603),5*3.2(5032)等等。腳位有4pin和2pin之分。
 
而振蕩器也是可以分為插件和貼片。插件的可以按大小和腳位來(lái)分。例如所謂全尺寸的,又稱長(zhǎng)方形或者14pin,半尺寸的又稱為正方形或者8pin。不過(guò)要注意的是,這里的14pin和8pin都是指振蕩器內(nèi)部核心IC的腳位數(shù),振蕩器本身是4pin。而從不同的應(yīng)用層面來(lái)分,又可分為OSC(普通鐘振),TCXO(溫度補(bǔ)償),VCXO(壓控),OCXO(恒溫)等等。
 
淺談晶體晶振區(qū)別、應(yīng)用范圍及用法
 
4、基本術(shù)語(yǔ)。
 
我想這也是很多采購(gòu)?fù)瑢W(xué)比較模糊的地方。這里我選了一些常用的諧振器術(shù)語(yǔ)拿來(lái)做一下解釋。
 
FrequencyTolerance(調(diào)整頻差):在規(guī)定條件下,在基準(zhǔn)溫度(25±2℃)與標(biāo)稱頻率允許的偏差。一般用PPm(百萬(wàn)分之)表示。
 
FrequencyStability(溫度頻差):指在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi),與標(biāo)稱頻率允許的偏差。用PPm表示。
 
Aging(年老化率):在規(guī)定條件下,晶體工作頻率隨時(shí)間而允許的相對(duì)變化。以年為時(shí)間單位衡量時(shí)稱為年老化率。
 
ShuntCapacitance(靜電容):等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容,也叫并電容,通常用C0表示。
 
LoadCapacitance(負(fù)載電容):與晶體一起決定負(fù)載諧振頻率fL的有效外界電容,通常用CL表示。
 
一般最關(guān)注的參數(shù)有2個(gè),即調(diào)整頻差,負(fù)載電容。有一部分對(duì)溫度頻差有要求。如果工作溫度范圍比較廣,則會(huì)對(duì)工作溫度范圍有所要求,即所謂寬溫。
 
5、選用。
 
主要講講諧振器。理論上來(lái)說(shuō),只要參數(shù)確定,選任何一種型號(hào)都是可以正常使用的。例如49U和49S替換,49S和圓柱以及和貼片替換,都是沒(méi)有問(wèn)題的。但在實(shí)際選擇中會(huì)根據(jù)電路特點(diǎn),成本以及便利性來(lái)考量和選擇。一般來(lái)說(shuō),簡(jiǎn)單的應(yīng)用中主要都是從成本在考慮。但是有些產(chǎn)品或者電路會(huì)對(duì)晶振的等效電阻,激勵(lì)功率等等提出要求,所以就會(huì)在不同的型號(hào)中加以選擇。另外,貼片則主要是為了適應(yīng)產(chǎn)品日益小型化和提高生產(chǎn)效率的要求。聽(tīng)到有些采購(gòu)朋友說(shuō),只能選49S而不能用49U或者反之,這是一個(gè)小誤區(qū)。呵呵。
 
而鐘振的選擇則主要決定產(chǎn)品電路的特性的要求,一般來(lái)說(shuō)鐘振在精密性以及需要達(dá)到相關(guān)應(yīng)用的要求會(huì)更好。例如手機(jī),通信機(jī)站,衛(wèi)星等等。
 
 
 



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