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石英晶體振蕩器因產(chǎn)品的高精度,高性能等特點(diǎn),早已被廣泛應(yīng)用在各式各樣的電子產(chǎn)品中,石英晶振的出現(xiàn)給社會(huì)及科技帶來(lái)了巨大的福音,讓更多的智能化,高技術(shù)的產(chǎn)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(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(lái)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(lái)工作的.振蕩器直接應(yīng)用于電路中,諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來(lái)維持工作.

本應(yīng)用筆記主要介紹了將32.768K晶振連接到實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的晶體選擇和布局技術(shù).它還提供有關(guān)振蕩器電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造問(wèn)題的信息.振蕩器是皮爾斯型振蕩器的CMOS反相器變體.圖1顯示了一般配置.這些RTC包括集成負(fù)載電容(CL1和CL2)和偏置電阻.皮爾斯振蕩器利用以并聯(lián)諧振模式工作的晶體.并聯(lián)諧振模式中使用的晶體被指定為具有特定負(fù)載電容的特定頻率.

Silicon Labs新的Si54x超系列XO系列為設(shè)計(jì)人員提供了更高的性能,可靠性和高要求時(shí)序應(yīng)用的安心感并推出了一系列新的高性能石英晶體振蕩器(XOs),提供業(yè)界最低抖動(dòng)頻率的靈活解決方案.Si54xUltra系列XOs可在整個(gè)工作范圍內(nèi)為整數(shù)和小數(shù)頻率提供低至80飛秒的超低抖動(dòng)性能.這些XO為要求苛刻的應(yīng)用(包括100G/200G/400G線(xiàn)路卡和光學(xué)模塊,超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心,寬帶,無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施,廣播視頻,工業(yè),測(cè)試和測(cè)量以及軍事/航空航天)

在穩(wěn)定性,可靠性,穩(wěn)健性以及低相位噪聲和抖動(dòng)方面具有優(yōu)勢(shì),微機(jī)電系統(tǒng)MEMS晶振正在進(jìn)軍汽車(chē)和電信等應(yīng)用領(lǐng)域,這些應(yīng)用需要提高定時(shí)性能和高性能可承受極端環(huán)境條件的可靠性部件.其中一個(gè)例子是MicrochipTechnologyInc.的DSA系列,該系列于今年早些時(shí)候首次亮相,是業(yè)界首款汽車(chē)級(jí)多輸出MEMS振蕩器."技術(shù)進(jìn)步和現(xiàn)代車(chē)輛中復(fù)雜電子系統(tǒng)的日益普及需要卓越的時(shí)序性能和可靠性,"Microchip表示."對(duì)于確保在當(dāng)今高度先進(jìn)的汽車(chē)系統(tǒng)中精確操作,時(shí)序精度,精度和對(duì)惡劣環(huán)境的耐受性至關(guān)重要."

在高性能市場(chǎng)中,頻率控制制造商也在改進(jìn)其恒溫晶體振蕩器(OCXO),壓控晶體振蕩器(VCXO)和溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)的產(chǎn)品陣容.極端的環(huán)境條件.為了滿(mǎn)足這些要求,SiliconLabs的產(chǎn)品組合現(xiàn)在包括提供頻率靈活性和低抖動(dòng)的Si539x時(shí)鐘以及Si56XUltra系列石英晶體振蕩器(XO)和VCXO.EcliptekLLC還提供卓越的RMS相位抖動(dòng)和相位噪聲性能,提供多電壓石英晶體振蕩器,占地面積小,尺寸為2.5×3.2mm(帶有四個(gè)焊盤(pán)).該器件的穩(wěn)定性低至±20ppm,工作溫度范圍為-40°C至85°C.

溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO)在各種應(yīng)用中用作穩(wěn)定的頻率參考或時(shí)鐘.它們現(xiàn)在提供非常小的SMD封裝.由于高拉伸性,最好的溫度補(bǔ)償只能通過(guò)基波中的振蕩晶體來(lái)實(shí)現(xiàn).因此,對(duì)于大部分穩(wěn)定的TCXO,頻率范圍限制在最大約50至70MHz.然而,許多應(yīng)用需要明顯更高的頻率,因此在應(yīng)用中需要倍頻.這需要額外的空間并導(dǎo)致不期望的干擾頻譜.這里現(xiàn)在設(shè)置新的TCXO類(lèi)型AXLE113HF和AXLE145HF公司AXTAL到11毫米×小SMD晶振封裝在9毫米和14毫米×9毫米穩(wěn)定的輸出頻率高達(dá)200MHz的標(biāo)準(zhǔn)尺寸提供.這兩種型號(hào)的噪聲非常低,并且具有幾個(gè)飛秒的非常低的相位抖動(dòng).

雖然半導(dǎo)體數(shù)據(jù)表提供了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測(cè)量的規(guī)格,但了解設(shè)備在現(xiàn)實(shí)世界中的運(yùn)行方式非常重要.這對(duì)于汽車(chē)振蕩器來(lái)說(shuō)更為重要,因?yàn)榧词乖贏EC-Q100/200認(rèn)證下,一些關(guān)鍵規(guī)格也會(huì)受到環(huán)境壓力因素的不利影響,而這些壓力因素并不總是經(jīng)過(guò)測(cè)試.自動(dòng)駕駛汽車(chē)市場(chǎng)繼續(xù)升溫,主要汽車(chē)制造商等在自動(dòng)駕駛汽車(chē)技術(shù)方面進(jìn)行了大量投資.隨著關(guān)于自動(dòng)駕駛車(chē)輛何時(shí)成為主流的爭(zhēng)論仍在繼續(xù),有一點(diǎn)是肯定的-必須充分實(shí)現(xiàn)自主車(chē)輛安全.一個(gè)經(jīng)常被忽視的方面是與時(shí)序解決方案相關(guān)的挑戰(zhàn).

每個(gè)電子系統(tǒng)都需要一個(gè)計(jì)時(shí)裝置.石英晶體諧振器通常是首選解決方案.然而,振蕩器將諧振器與振蕩器集成電路配對(duì)成一個(gè)完整的集成時(shí)序器件,與XTALs相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn).微機(jī)電系統(tǒng)定時(shí)技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展了這些優(yōu)勢(shì).系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不再需要繞過(guò)XTALs的限制,接受用水晶設(shè)計(jì)的頭痛和風(fēng)險(xiǎn).

許多晶體振蕩器在晶體的并聯(lián)諧振點(diǎn)和施加的負(fù)載電容下工作.負(fù)載電容定義為晶體封裝外部的有效電容,施加在晶體的端子之間,如圖1所示.石英晶振制造商指定給定的負(fù)載電容以及操作頻率.負(fù)載電容與制造商指定的負(fù)載電容不同的操作會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于制造商指定頻率的振蕩頻率誤差.頻率誤差是由于晶體的電容"拉"引起的.這可以通過(guò)將并聯(lián)和負(fù)載電容并聯(lián)組合,然后將該總和并聯(lián)負(fù)載電容與運(yùn)動(dòng)電容串聯(lián)組合來(lái)形成整體有效電容來(lái)證明.

日本電波工業(yè)株式會(huì)社(NDK)”為世界最大的石英晶振生產(chǎn)企業(yè)之一,同時(shí)其在中國(guó)蘇州建立的工廠(chǎng)也為中國(guó)同類(lèi)企業(yè)中生產(chǎn)規(guī)模最大.本公司的產(chǎn)品為石英晶體諧振器,石英晶體振蕩器,石英晶體濾波器,聲表面波濾波器和光學(xué)低通濾波器等,被廣泛用于移動(dòng)通信,辦公自動(dòng)化,家電,汽車(chē)電子等領(lǐng)域.目前移動(dòng)通信和汽車(chē)電子市場(chǎng)的市場(chǎng)份額均為世界第一,

存在外部電磁干擾源時(shí),石英晶體振蕩器的相位噪聲和相位抖動(dòng)可能會(huì)顯著增加.通過(guò)板級(jí)屏蔽或?yàn)V波可以減少到達(dá)振蕩器的電磁干擾,但這種方法并不總是成功的.通過(guò)評(píng)估各種振蕩器的電磁敏感度,我們可以確定影響電磁敏感度的因素,并了解正確的振蕩器設(shè)計(jì)如何將電磁干擾對(duì)時(shí)鐘性能的不利影響降至最低.

隨著汽車(chē)工業(yè)不斷增加基于電子的特征和系統(tǒng),對(duì)可靠的強(qiáng)大的自動(dòng)升級(jí)計(jì)時(shí)解決方案也隨之增加.很快汽車(chē)將需要70個(gè)以上的計(jì)時(shí)裝置.幾十年來(lái),計(jì)時(shí)元件都是基于石英晶振技術(shù)——以前是唯一能提供高穩(wěn)定性和高性能的可行選擇.然而,微機(jī)電系統(tǒng)諧振器計(jì)時(shí)解決方案正迅速成為首選技術(shù),因?yàn)樗鼈兲峁┝俗罡叩男阅芎涂煽啃?此外,這些微機(jī)電系統(tǒng)時(shí)序解決方案具有獨(dú)特的功能,可解決長(zhǎng)期存在的時(shí)序問(wèn)題,這些功能是新興汽車(chē)應(yīng)用在行業(yè)走向完全連接和安全的自主駕駛時(shí)所必需的.

SiTime絕對(duì)是一件事.它的單位出貨量每年幾乎翻倍.去年,SiTime出貨量約為4.25億顆MEMS計(jì)時(shí)設(shè)備,高于2014年的6500萬(wàn)部.該公司已將超過(guò)10億臺(tái)設(shè)備銷(xiāo)售給工業(yè)和汽車(chē)系統(tǒng),這些設(shè)備受益于在寬溫度范圍內(nèi)保持CMOS振蕩器精確的能力.SiTime還為可能需要更低功耗或更小尺寸的消費(fèi)者和物聯(lián)網(wǎng)空間提供服務(wù).

恒溫晶體振蕩器(OCXO)市場(chǎng)報(bào)告根據(jù)烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)行業(yè)中的領(lǐng)先部分(如類(lèi)型,地區(qū),應(yīng)用,技術(shù)和精英參與者),包含重要的銷(xiāo)售和收入統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).該報(bào)告針對(duì)歷史(2014-2019年)事件,關(guān)于行業(yè)現(xiàn)狀的討論,并提供截至2024年的有價(jià)值的預(yù)測(cè)信息.全面分析當(dāng)代趨勢(shì),需求譜,增長(zhǎng)率和關(guān)鍵區(qū)域烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)的市場(chǎng)探索也體現(xiàn)在本報(bào)告中.領(lǐng)先的主要晶振有-NDK晶振,Epson晶振,Vectron晶振,Microcrystal晶振,Rakon晶振,BlileyTechnologies晶振,KDS晶振,Taitien晶振,CTS晶振,GreenrayIndustries晶振,NEL晶振,IDT晶振,Abracon晶振,KVG晶振.

沖擊和振動(dòng)靈敏度:MEMS可編程晶振的可靠性得到改善,部分原因在于提高了半導(dǎo)體級(jí)的抗沖擊和抗振性.標(biāo)準(zhǔn)石英器件往往易碎,因?yàn)榫w是金屬或陶瓷封裝-50至100克的沖擊會(huì)使晶體破裂.因此,制造商必須實(shí)施特定的存儲(chǔ),包裝和運(yùn)輸協(xié)議,以避免不小心處理.測(cè)試pMEMS振蕩器對(duì)沖擊和振動(dòng)的抵抗力揭示了一個(gè)不同的故事.結(jié)果表明,這些裝置可以輕松存活超過(guò)1500克的沖擊和20克的振動(dòng)

為了限制干擾并支持更高的吞吐量,5G需要與4G網(wǎng)絡(luò)不同的架構(gòu).無(wú)線(xiàn)電將安裝在靠近智能手機(jī)和其他連接設(shè)備的路燈,交通信號(hào)燈,屋頂和停車(chē)場(chǎng)上,而不是位于遠(yuǎn)程手機(jī)信號(hào)塔中.但是為了建立彼此的連接,5G無(wú)線(xiàn)電需要具有精確定時(shí)-比4G設(shè)備精確約10倍.SITIME晶振市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁PiyushSevalia說(shuō),這也意味著保護(hù)他們的信號(hào)不受振動(dòng),濕度,突然的溫度變化和其他可能引起頻率穩(wěn)定的干擾.總部位于加利福尼亞州圣克拉拉的公司正試圖檢查這兩項(xiàng)要求,以擴(kuò)大其在15億美元無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)時(shí)市場(chǎng)的份額.

預(yù)電子產(chǎn)品的發(fā)展日新月異,更多的MEMS和石英晶體振蕩器將投入使用.在當(dāng)今的電子市場(chǎng)中,MEMS和晶體振蕩器同時(shí)存在,它們都是有源振蕩器.與晶體振蕩器相比,MEMS振蕩器在生產(chǎn)工藝和元件設(shè)計(jì)方面更符合現(xiàn)代電子標(biāo)準(zhǔn).MEMS振蕩器的出現(xiàn)對(duì)60年來(lái)晶體振蕩器的主導(dǎo)地位產(chǎn)生了影響.在未來(lái)5年內(nèi),MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品將更小,更薄,更可靠,更耐用,功能更多,交付周期更短,更靈活,更快速的約束,更快的開(kāi)發(fā).

在設(shè)計(jì)新系統(tǒng)時(shí),RF工程師將做出的最重要的決定之一是選擇正確類(lèi)型的振蕩器,并確定哪種信號(hào)輸出最適合應(yīng)用.每個(gè)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn).在這篇文章中,我們談?wù)摰氖菧囟瓤刂凭w振蕩器(TCXO)和它們產(chǎn)生的截?cái)嗟恼也?我們將介紹TCXO晶振及其信號(hào)類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn),以及這些振蕩器使用的一些常見(jiàn)應(yīng)用.