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「電路設計」晶振選擇和負載容抗匹配參考指南
- 2023-01-08
晶體電路怎麼做
首先申明一點,本內容為個人收集整理編寫,不供對外作為標準使用,僅作為個人學習參考使用。
晶振按照有源和無源分類
有源晶振與無源晶振的區別
無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要藉助於時鐘電路才能產生振盪訊號,自身無法振盪起來。
有源晶振有4只引腳,是一個完整的振盪器,其中除了石英晶體外,還有電晶體和阻容元件主要看你應用到的電路,如果有時鐘電路,就用無源,否則就用有源,無源晶體需要用DSP片內的振盪器,無源晶體沒有電壓的問題,訊號電平是可變的,也就是說是根據起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用於多種電壓,可用於多種不同時鐘訊號電壓要求的DSP,而且價格通常也較低,因此對於一般的應用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合於產品線豐富批次大的生產者。有源晶振不需要DSP的內部振盪器,訊號質量好,比較穩定,而且連線方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用一個電容和電感構成的PI型濾波網路,輸出端用一個小阻值的電阻過濾訊號即可),不需要複雜的配置。電路有個點標記的為1腳,按逆時針(管腳向下)分別為2、3、4。有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。相對於無源晶體,有源晶振的缺陷是其訊號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高。
晶振按照材料的不同分類
矽晶振(MEMS振盪器)和石英晶體振盪器
矽晶振,是一種採用半導體標準半導體工藝製程,將先進的MEMS微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System)與CMOS電路技術相結合的高效能全矽時鐘頻率元件,徹底解決有人工大量參與生產的石英振盪器穩定性不高,頻率有限,尺寸較大,品質一致性差,易停振、不起振、溫漂大、備貨時間長,並且受材料特性限制產能等一系列問題。
MEMS振盪器(矽晶振)採用標準半導體制程,將MEMS微機電系統與CMOS技術相結合,徹底改變石英產品穩定性差,頻點少,尺寸大,一致性差,易停振、不起振、溫漂大、備貨長,並受材料特性限制產能等一系列問題。
石英晶體振盪器, 是利用電訊號頻率等於石英晶片固有頻率時晶片因壓電效應而產生諧振現象的原理製成的器件。
無源晶振選型主要考慮3個引數
從下圖的晶振的參考手冊上可以看到其實晶振的引數還是很多的。這裡不詳細說明和總結了。
晶振頻率
晶振頻率選擇,需要根據所對應的硬體有關聯,一般微控制器或其他的晶片,資料介紹裡面都會有講,有關晶振頻率的選擇內容。
精度
晶振一般會標有的頻率公差,例如:(25℃)± 30 ppm,作為RTC時鐘源參考物件。
負載容抗
負載容抗,在選擇無源晶振的時候,需要匹配的負載電容,容值大小不是固定的,選擇的時候根據生產廠商的資料來作為參考,一般廠家的資料手冊上都會提供參考值,:常見的有:16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify
如果是需要自己計算可以參考《晶振負載電容外匹配電容計算與晶振振盪電路設計經驗總結 》
直插晶振HC-49S/直插晶振HC-49/US為例
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在電子設計中,如何選取晶振,要根據實際設計需要,選擇有源晶振或者無源晶振。
方法/步驟
1
晶體:crystals,晶體諧振器的簡稱,諧振器是產生諧振器的元器件,做頻率控制作用,晶體諧振器封殼裡面只有晶片,沒有任何電容,引數有負載電容,頻差,電阻,在焊接電路中,兩旁需要電容電阻等電子元件來起振。
2
晶振:crystal oscillator 是晶體振盪器的簡稱,也是叫有源晶振。諧振器與振盪器的區別在於,在原有諧振器的基礎上,加了起振晶片的基礎上,加了起振晶片,封殼裡帶有電路IC,引數有電壓值,輸出模式,控制腳,有源晶振的接法:一懸空,二接地,三輸出,四電壓。
3
無源晶振是石英晶體諧振器和石英晶體振盪器的結合體,也被稱為石英晶體諧振器。 無源晶體也有自己的缺點,就是訊號質量比較差,需要匹配一些精確的外圍電路,這樣才能夠發揮出自己的作用。
4
名詞縮寫
TCXO:溫補晶振,晶振根據溫度內部對頻率進行補償。
DCXO數字補償晶體振盪器
SPXO普通晶體振盪器
OCXO恆溫振盪器
VCXO壓控晶體振盪器
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