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[导读]晶振也即晶体振荡器,是本文的介绍对象。本文内容包括:晶振简介、晶振选择标准以及晶振技术指标三大模块。希望通过本文对晶振三方面的介绍,能够帮助大家增进对晶振的了解、掌握与运用。

晶振也即晶体振荡器,是本文的介绍对象。本文内容包括:晶振简介、晶振选择标准以及晶振技术指标三大模块。希望通过本文对晶振三方面的介绍,能够帮助大家增进对晶振的了解、掌握与运用。

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一、晶体简介

关于晶体振荡器,其英文名称为quartz crystal oscillator,也就是我们经常称道的晶振,当然咯,也有将其称之为源晶振的。它能够产生中央处理器(CPU)执行指令所必须的时钟频率信号,CPU一切指令的执行都是建立在这个基础上的,时钟信号频率越高,通常CPU的运行速度也就越快。

只要是包含CPU的电子产品,都至少包含一个时钟源,就算外面看不到实际的振荡电路,也是在芯片内部被集成,它被称为电路系统的心脏。

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二、晶振选择标准

晶体振荡器的作用是能够为系统当中提供基础的时钟信号。在一个系统当中,共同拥有共同使用同一个晶体振荡器,这是以方便保持各部同步。在一部分的通讯系统当中,基频和射频会使用不同的晶体振荡器,这时则会通过电子调整频率的方法从而保持同步。

由此可见,晶体振荡器在许多电子产品当中都得以运用,在为了保证电子产品能够正常运行,在晶体振荡器的选择问题上,也是很值得思量的一件事,下面总结了五点选择晶体振荡器的要求,以供参考。

1、外观检测。通过检查外观看产品外观标记文字是否清晰规范、外观表面是否存在裂痕、引脚上是否已经焊过锡。如果从外表上发现了产品不完善,就不应拿来使用。

2、频率。客户根据产品需求来选择适合的频率,频率最为重要,不能随便替换频率。一定要经过合格验证或者专业测试通过的情况下,再进行协商。如果实际电路要求的频率是4.43MHZ,在没有货源的情况下,切勿随便更换差不多的频率来使用。

3、晶体振荡器输出模式。在选用晶体振荡器时,要考虑到电路需要的晶体振荡器输出类型,一般分电平输出和差分输出;电平输出:CMOS是最常用的一种输出类型,而差分输出:LVPECL,LVDS常用差分输出类型。不同的输出类型之间可不随便变换,特别是差分跟普通晶体振荡器。

4、型号。应用晶体振荡器要看清外壳的型号标记,型号表明了晶体振荡器的多项参数指标,根据客户的产品需求来对应产品参数,而找出我们的型号。再把详细的参数规格书发给客户确认,才能正常出货。如果晶体振荡器型号选择不当,将导致应用错误。

5、晶体振荡器的代换原则。一个晶体振荡器如果损坏了,原则上应选用原型号晶振代换。在没有原型号时,最好经过测试后,可以考虑用其他型号或其他类型的晶体振荡器来代换。

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三、晶振技术指标

1、总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大频差。

说明:总频差包括频率温度稳定度、频率温度准确度、频率老化率、频率电源电压稳定度和频率负载稳定度共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如:精密制导雷达。

2、频率温度稳定度:在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

fT=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)

fTref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|,|(fmin-fref)/fref|]

fT:频率温度稳定度(不带隐含基准温度)

fTref:频率温度稳定度(带隐含基准温度)

fmax :规定温度范围内测得的最高频率

fmin:规定温度范围内测得的最低频率

fref:规定基准温度测得的频率

说明:采用fTref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用fT指标的晶体振荡器,故fTref指标的晶体振荡器售价较高。

3、频率稳定预热时间:以晶体振荡器稳定输出频率为基准,从加电到输出频率小于规定频率允差所需要的时间。

说明:在多数应用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机,这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到(尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台,当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),采用OCXO作为本振,频率稳定预热时间将不少于5分钟,而采用DTCXO只需要十几秒钟)。

4、频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的,可用规定时限后的最大变化率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。

说明:TCXO的频率老化率为:±0。2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情况,TCXO很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变化引起的频率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意义)。OCXO的频率老化率为:±0。5ppb~±10ppb/天(加电72小时后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0。3ppm~±3ppm(十年)。

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5、频率压控范围:将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量。

说明:基准电压为+2.5V,规定终点电压为+0.5V和+4.5V,压控晶体振荡器在+0.5V频率控制电压时频率改变量为-110ppm,在+4.5V频率控制电压时频率改变量为+130ppm,则VCXO电压控制频率压控范围表示为:≥±100ppm(2.5V±2V)。

6、压控频率响应范围:当调制频率变化时,峰值频偏与调制频率之间的关系。通常用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB表示。

说明:VCXO频率压控范围频率响应为0~10kHz。

7、频率压控线性:与理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。

说明:典型的VCXO频率压控线性为:≤±10%,≤±20%。简单的VCXO频率压控线性计算方法为(当频率压控极性为正极性时):频率压控线性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%

fmax:VCXO在最大压控电压时的输出频率

fmin:VCXO在最小压控电压时的输出频率

f0:压控中心电压频率

8、单边带相位噪声£(f):偏离载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。

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