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石英晶體與石英晶體振蕩器的分類應(yīng)用以及重要參數(shù)須知

2017-12-15 19:08:45 

晶振它有分為很多種,原名叫壓電石英晶體,晶體振蕩器,又叫石英晶振,又分為普通石英晶振,有源石英晶振,壓控晶體振蕩器,溫補(bǔ)晶振,恒溫晶振等產(chǎn)品.

石英晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型.無源晶振與有源晶振(諧振)的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器).無源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號.


自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準(zhǔn)確;有源晶振是一個完整的諧振振蕩器.石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件.石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來工作的.壓控振蕩器直接應(yīng)用于電路中,諧振器工作時一般需要提供3.3V電壓來維持工作.振蕩器比諧振器多了一個重要技術(shù)參數(shù):諧振電阻(RR),諧振器沒有電阻要求.RR的大小直接影響電路的性能,因此這是各商家競爭的一個重要參數(shù).晶振除了本身有帶負(fù)載電容之外,還需要外結(jié)兩個穩(wěn)定電容來調(diào)諧晶振的穩(wěn)定度,使晶振偏差范圍縮小.


負(fù)載特性:其他條件保持不變,負(fù)載在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對于標(biāo)稱負(fù)載下的輸出頻率的最大允許頻偏.
電壓特性:其他條件保持不變,電源電壓在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對于標(biāo)稱電源電壓下的輸出頻率的最大允許頻偏.
頻率準(zhǔn)確度:在標(biāo)稱電源電壓、標(biāo)稱負(fù)載阻抗、基準(zhǔn)溫度(25℃)以及其他條件保持不變,晶體振蕩器的頻率相對與其規(guī)定標(biāo)稱值的最大允許偏差,即(fmax-fmin)/f0;
開機(jī)特性:在規(guī)定的預(yù)熱時間內(nèi),振蕩器頻率值的最大變化,用V=(fmax-fmin)/f0表示.
相位噪聲:短期穩(wěn)定度的頻域量度.用單邊帶噪聲與載波噪聲之比£(f)表示,£(f)與噪聲起伏的頻譜密度Sφ(f)和頻率起伏的頻譜密度Sy(f)直接相關(guān),由下式表示:
f2S(f)=f02Sy(f)=2f2£(f)

f—傅立葉頻率或偏離載波頻率;f0—載波頻率.

溫度穩(wěn)定度:其他條件保持不變,在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值,即(fmax-fmin)/(fmax+fmin).


頻率老化:在規(guī)定的環(huán)境條件下,由于元件(主要是石英諧振器)老化而引起的輸出頻率隨時間的系統(tǒng)漂移過程.通常用某一時間間隔內(nèi)的頻差來量度.對于高穩(wěn)定晶振,由于輸出頻率在較長的工作時間內(nèi)呈近似線性的單方向漂移,往往用老化率(單位時間內(nèi)的相對頻率變化)來量度.
頻率調(diào)節(jié)范圍:通過調(diào)節(jié)晶振的某可變元件改變輸出頻率的范圍.
調(diào)頻(壓控)特性:包括調(diào)頻頻偏、調(diào)頻靈敏度、調(diào)頻線性度.
①調(diào)頻靈敏度:壓控晶體振蕩器變化單位外加控制電壓所引起的輸出頻率的變化量.
②調(diào)頻線性度:是一種與理想直線(最小二乘法)相比較的調(diào)制系統(tǒng)傳輸特性的量度.
③調(diào)頻頻偏:壓控晶體振蕩器控制電壓由標(biāo)稱的最大值變化到最小值時輸出頻率差.
雜波:輸出信號中與主頻無諧波(副諧波除外)關(guān)系的離散頻譜分量與主頻的功率比,用dBc表示.
諧波:諧波分量功率Pi與載波功率P0之比,用dBc表示.

日波動:指振蕩器經(jīng)過規(guī)定的預(yù)熱時間后,每隔一小時測量一次,連續(xù)測量24小時,將測試數(shù)據(jù)按S=(fmax-fmin)/f0式計算,得到日波動.


晶振在經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率.以聲卡為例,要實現(xiàn)對模擬信號44.1kHz或48kHz的采樣,頻率發(fā)生器就必須提供一個44.1kHz或48kHz的時鐘頻率.如果需要對這兩種音頻同時支持的話,聲卡就需要有兩顆晶振.但是娛樂級聲卡為了降低成本,通常都采用SRC將輸出的采樣頻率固定在48kHz,但是SRC會對音質(zhì)帶來損害,而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題.
晶振一般叫做晶體諧振器,是一種機(jī)電器件,是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成.這種晶體有一個很重要的特性,如果給它通電,它就會產(chǎn)生機(jī)械振蕩,反之,如果給它機(jī)械力,它又會產(chǎn)生電,這種特性叫機(jī)電效應(yīng).
他們有一個很重要的特點,其振蕩頻率與他們的形狀,材料,切割方向等密切相關(guān).由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定,熱膨脹系數(shù)非常小,其振蕩頻率也非常穩(wěn)定,由于控制幾何尺寸可以做到很精密,因此,其諧振頻率也很準(zhǔn)確.根據(jù)石英晶振的機(jī)電效應(yīng),我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路,即諧振回路.他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電的不斷轉(zhuǎn)換,由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換.在電路中的應(yīng)用實際上是把它當(dāng)作一個高Q值的電磁諧振回路.由于石英晶體的損耗非常小,即Q值非常高,做振蕩器用時,可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩,作濾波器用,可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線.

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