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​晶体振荡器基本类型、常用读法及具体用途

来源: 发布日期:2019-03-14 11:31 浏览:

晶体振荡器一般简称为晶振,这是一种机电的具体器件,是使用电损耗比较小的石英晶体经过仔细的切割和磨削,并且还要镀电极焊上的引线才可以做成。晶体振荡器其实就是属于时钟电路中的一个比较重要的部件,它的具体作用就是提供基准频率向显卡、网卡和主板等一些相关的配件的不同部分,它其实就像一把标尺,如果它的工作频率是不稳定的,那就会造成一些相关设备的工作频率也变得有些不稳定,自然而然这样就容易出现一些问题。目前由于锻造技术的提高,现在晶体振荡器的频率偏差、温度的稳定性和老化率等技术的指标都十分好,出现故障已经不那么容易了。对于晶体振荡器的知识,大家是否想要了解更多呢?下面小编来为大家介绍晶体振荡器基本类型、常用读法、具体用途、选用指南。一起来看看吧!


晶体振荡器基本类型

1、普通时钟晶体振荡器

这是一种最简单和最适用的晶体振荡器,其结构简单,完全是由晶体的自由振荡完成。这类晶体振荡器主要应用于稳定度要求不高的场合,可产生1E- 4~1E-5数量级的频率精度。SPXO 由于不采用温度控制和温度补偿方式,它的频率温度特性主要由所采用的晶体元件来确定,通常用作单片机等微处理器的时钟器件。如果你给其通电,它就会有机械振荡的反应,相反,如果你给它机械力,它就产生了电,这种重要的特性就是机电效应。

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2、压控晶体振荡器(VCXO)

这是根据晶振是否带压控功能来进行分类的,它利用外加控制电压偏置或调制其频率输出的晶体振荡器。具体工作电路由石英谐振器、压控电容和振荡电路组成,通过电压改变压控电容的容值,从而改变石英晶体振荡器的振荡频率,其精度是1E-5~1E-6量级。

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3、恒温晶体振荡器(OCXO)

恒温晶体振荡器是一种至少能控制石英晶体元件温度基本保持恒定的石英晶体振荡器.它利用热力学原理,把石英晶体或全部振荡电路放置于恒温器内来改善频率温度特性的晶体振荡器;恒温晶体振荡器OCXO 的主要优点是,由于采用了恒温槽技术,频率温度特性在所有类型晶振中是最好的,由于电路设计精密,其短稳和相位噪声都较好;主要缺点是功耗大、体积大,需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。

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4、温度补偿式晶体振荡(TCXO)

这种晶体振荡器是在普通晶振的基础上采用了一些温度补偿手段来提高振荡器的温度稳定性。温补晶体振荡器是一种带有补偿系统的减小温度引起的频率变化的石英晶体振荡器(补偿的方法:电抗法、数字法);原理是通过感应环境温度,并利用一定的功能电路 产生与晶体温度频率特性离散相反的电压信号,将该电压作用于压控晶体振荡器?VCXO,从而抵消频率随温度的离散,达到稳定输出频率的效果。

​晶体振荡器基本类型、常用读法及具体用途

晶体振荡器常用读法

1、晶振在电路中用“X”、“Y”或者“Z”来表示。通常分为有源晶振和无源晶振两个大类,无源晶振需要芯片内部有振荡器,而且晶振的信号电压是根据起振电路而定,允许不同的电压,但无源晶振通常信号质量和精度较差,需要精确匹配外围电路(电感、电容、电阻等),如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器,可以提供高精度的频率基准,可是有源晶振的缺陷的信号是固定的,而有源晶振的信号质量比无源晶振要好。

2、XAL1就是一个两脚的无源晶振,11.0592MHZ振荡频率,匹配电容是两个30P的瓷片电容。

3、每种芯片的手册上都会提供外部晶振输入的标准电路,会表明芯片的最高可使用频率等参数,在设计电路时要掌握。与计算机用CPU不同,单片机现在所能接收的晶振频率相对较低,但对于一般控制电路来说足够了。

4、另外说明一点,可能有些初学者会对晶振的频率感到奇怪,12M、24M之类的晶振较好理解,选用如11.0592MHZ的晶振给人一种奇怪的感觉,这个问题解释起来比较麻烦,如果初学者在练习串口编程的时候就会对此有所理解,这种晶振主要是可以方便和精确的设计串口或其它异步通讯时的波特率。

5、晶振在MPN电路中常用于:时钟晶振(MP3)、实时晶振(MP4)、功放晶振、调频晶振,MPN常用晶振有: 6M、12M、24M、24.576M、27M等。

6、插件的目前有两种频率单位,一个是MHZ读兆赫兹,还是一个KHZ读千赫兹。HZ就是赫兹的意思。


晶体振荡器具体用途

1、通用晶体振荡器,用于各种电路中,产生振荡频率。

2、时钟脉冲用石英晶体谐振器,与其它元件配合产生标准脉冲信号,广泛用于数字电路中。

3、微处理器用石英晶体谐振器。

4、CTVVTR用石英晶体谐振器。

5、钟表用石英晶体振荡器。


晶体振荡器选用指南

晶体振荡器被广泛应用到军、民用通信电台,微波通信设备,程控电话交换机,无线电综合测试仪,BP机等。它有多种封装,具有电气性能规范多种多样。它有好几种不同的类型:电压控制晶体振荡器(VCXO)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、恒温晶体振荡器(OCXO)、数字补偿晶体振荡器(MCXO或DTCXO),每种类型都有自己的独特性能。如需要自己的设备即开即用,您就必须选用VCXO或温补晶振,如要求稳定度在0.5ppm以上,则需选择数字温补晶振。模拟温补晶振适用于稳定度要求在5ppm~0.5ppm之间的需求。VCXO只适合于稳定度要求在5ppm以下的产品。在不需要即开即用的环境下,如需要信号稳定度超过0.1ppm的,可选用OCXO。

​晶体振荡器基本类型、常用读法及具体用途

1、频率稳定性的考虑

(1)晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性,它是决定振荡器价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽,器件的价格亦愈高。工业级标准规定的-40~+75℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯,倘若-30~+70℃已经够用,那么就不必去追求更宽的温度范围。

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(2)设计工程师要慎密决定特定应用的实际需要,然后规定振荡器的稳定度。指标过高意味着花钱愈多。

(3)晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。根据目标产品的预期寿命不同,有多种方法可以减弱这种影响。晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化,也就是说在产品使用的第一年,这种现象才最为显著。例如,使用10年以上的晶体,其老化速度大约是第一年的3倍。采用特殊的晶体加工工艺可以改善这种情况,也可以采用调节的办法解决,比如,可以在控制引脚上施加电压(即增加电压控制功能)等。

(4)与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动,这些指标应该规定出来。对于工业产品,有时还需要提出振动、冲击方面的指标,军用品和宇航设备的要求往往更多,比如压力变化时的容差、受辐射时的容差,等等。

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2、输出

必须考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压特性、负载特性、功耗、封装形式,对于工业产品,有时还要考虑冲击和振动、以及电磁干扰(EMI)。晶体振荡器可HCMOS/TTL兼容、ACMOS兼容、ECL和正弦波输出。每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互补输出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定。许多DSP和通信芯片组往往需要严格的对称性(45%至55%)和快速的上升和下降时间(小于5ns)。

3、相位噪声和抖动

(1)在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中心频率的1Hz之内和通常测量到1MHz。

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(2)晶体振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。

(3)抖动与相位噪声相关,但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可用有效值或峰—峰值测出。许多应用,例如通信网络、无线数据传输、ATM和SONET要求必须满足严格的拌动指标。需要密切注意在这些系统中应用的振荡器的抖动和相位噪声特性。

4、电源和负载的影响

(1)振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载变动的影响。正确选择振荡器可将这些影响减到最少。设计者应在建议的电源电压容差和负载下检验振荡器的性能。不能期望只能额定驱动15pF的振荡器在驱动50pF时会有好的表现。在超过建议的电源电压下工作的振荡器亦会呈现较差的波形和稳定性。

(2)对于需要电池供电的器件,一定要考虑功耗。引入3.3V的产品必然要开发在3.3V下工作的振荡器。

(3)较低的电压允许产品在低功率下运行。现今大部分市售的表面贴装振荡器在3.3V下工作。许多采用传统5V器件的穿孔式振荡器正在重新设计,以便3.3V下工作。

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5、封装

与其它电子元件相似,时钟振荡器亦采用愈来愈小型的封装。大普通信技术有限公司能够根据客户的需要制作各种类型、不同尺寸的晶体振荡器(具体资料请参看产品手册)。通常,较小型的器件比较大型的表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。所以,小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折衷。

6、工作环境

晶体振荡器实际应用的环境需要慎重考虑。例如,高强度的振动或冲击会给振荡器带来问题。除了可能产生物理损坏,振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性振荡器失效。对于要求特殊EMI兼容的应用,EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PC母板布局技术,重要的是选择可提供辐射量最小的时钟振荡器。一般来说,具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好的EMI特性。

7、检测

对于晶振的检测, 通常仅能用示波器(需要通过电路板给予加电)或频率计实现。万用表或其它测试仪等是无法测量的。如果没有条件或没有办法判断其好坏时, 那只能采用代换法了,这也是行之有效的。


上述是小编为大家讲解的晶体振荡器基本类型、常用读法、具体用途、选用指南。关于晶体振荡器的知识,小编就先介绍到这里啦,希望这些知识能够给大家带来帮助!其实,器件选型时一般都要留出一些余量,以保证产品的可靠性。选用较高档的器件可以进一步降低失效概率,带来潜在的效益,这一点在比较产品价格的时候也要考虑到。要使振荡器的“整体性能”趋于平衡、合理,这就需要权衡诸如稳定度、工作温度范围、晶体老化效应、相位噪声、成本等多方面因素,这里的成本不仅仅包含器件的价格,而且包含产品全寿命的使用成本。