石英晶體振蕩器因產品的高精度,高性能等特點,早已被廣泛應用在各式各樣的電子產品中,石英晶振的出現給社會及科技帶來了巨大的福音,讓更多的智能化,高技術的產品公眾于世.石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩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來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內置IC共同作用來工作的.振蕩器直接應用于電路中,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參數: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.下面主要介紹一下石英晶體振蕩器電路應用筆記

穿孔振蕩器的基本拓撲

集成電路內部有一個反相放大器(相移ca.180)形成振蕩器電路的一部分.外部電路由石英晶體Cx1,Cx2和Rv以及另一個ca相移組成.180,以滿足360(或0)的反饋要求,并使電路能夠以石英晶振給出的頻率振蕩.

集成電路的特點:

Rout,Cout:振蕩器集成電路的輸出電阻/輸出電容

Rin林:

振蕩器集成電路的輸入電阻/電容(起始值互補金屬氧化物半導體:1M/3pF)

這些值應在制造商的集成電路數據表中說明,但很少具體說明,盡管它們對電路設計很重要.路由器可以通過已知負載電阻上的壓降來計算.

晶振的特性:

(擴展等效電路)

這些值在石英晶體制造商的數據表中規定.通過使用網絡分析儀分析一批石英晶體,可以找到精確的數值.

石英晶體周圍的組件:

(簡化等效電路)

(擴展等效電路)

FL石英晶體的標稱頻率

R1石英晶體的電子自旋共振(通常指定為上限)

C0石英晶體的靜態電容(通常指定為上限)

C1石英晶體的動態(運動)電容(很少指定)

CH1,CH2連接電容(ca.0,8pF),因為包括在C0

石英晶體的額定負載電容石英晶體的L1動態電感(很少說明)

這些值在晶振廠家的數據表中規定.通過使用網絡分析儀分析一批石英晶體,可以找到精確的數值.集成電路輸入端的有效電容為集成電路Cin值,印刷電路板雜散電容(4~6pF),石英晶體CH2體電容(0,8pF)和分立電容C12之和.

起始值:1,1...1,2xCL

集成電路輸出端的有效電容為印刷電路板雜散電容(4~6pF),石英晶體CH1(約0,8pF)和分立電容C11之和.起始值:2xCa

串聯電阻(應始終在布局中提供,即使后來填充了0歐姆).設計中的有效串聯電阻是Rv和Rout之和.

雜散電容可以通過例如測量未填充的印刷電路板來找到.

模擬:

Geyer晶振公司提供YQUARTZ應用程序,這是一個工具,用于模擬和優化皮爾斯石英晶體振蕩器的特性.通過輸入上述值,您可以可視化和改變由石英晶體和周圍元件組成的反饋電路的幅度和相位特性,以便在不超過石英晶體最大驅動電平的情況下實現可靠振蕩.

實施/布局:

布局需要特別注意:低電容短走線,對稱布局,無過孔,附近無"熱"走線.如果不能避免過孔,它們應該對稱放置.

驗證:

石英晶體振蕩器的正確功能必須在原型印刷電路板上驗證,因為寄生電容和電阻事先是未知的,電阻和電容的值必須根據石英晶體振蕩器的預期功能進行調整.

必須使用有源晶振低電容探頭(<=2pF)進行測量,因為電容大于10pF的普通探頭會完全改變設置,使所有測量都無效.如果沒有低電容探頭,可以暫時將一個小陶瓷電容器(1~2pF)與探頭串聯進行測量.然而,在給定頻率下重新校準分頻比是不可避免的.