原理图设计规范 晶振电路设计规范_T-PD-031_A0.pdf

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1、文件编号：T-PD-031/秘密文件编号版本号T-PD-031A0生效日期密级程度2008/12/22秘密原理图设计规范晶振电路设计拟制:谢巧英日期：2008-12-16审核:游彦球日期：2008-12-17批准:沈贤明日期：2008-12-18第1页共9页原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号：T-PD-031/秘密修订记录日期修订版本修改描述作者2008/12/16A0首次发行谢巧英第2页共9页原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号：T-PD-031/秘密1目的1.1规范晶振电路设计，为相同规格的模块电路提供统一的标准，避免出现产品功能和性能的缺

2、陷。2适用范围2.1本规范适用于本公司所有产品的晶振电路设计。3职责3.1产品审核部：负责原理图设计规范的拟定及维护，总结规范模块电路。3.2各相关部门：遵守本规范并按要求执行。4名词解释4.1压电效应：压电晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化，在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。4.2逆压电效应：对压电晶体沿一定方向施加电场引起晶体机械变形的现象。5主要内容5.1晶体振荡原理石英晶体的材质为SiO2，理想的晶体结构是六方晶系，为各向异性的压电晶体，具有压电和逆压电效应。当在石英晶体能产生电荷的两个面上加以交变电压，石英晶体

3、会发生周期性的机械振动，周期性的机械振动又使得晶体两端产生交变的电压。当外加交变电压的频率为某一特定值时，晶体振幅明显加大，比其它频率下的振幅大得多，产生共振，这种现象称为压电谐振。晶体谐振器正是利用晶体的压电谐振特性来产生固定的谐振频率。5.2晶体振荡电路5.2.1基频振荡5.2.1.1基频振荡电路晶体工作在其基频振动状态，晶片厚度与振动频率成反比，振动频率越高，要求晶片越薄。基频振荡电路如图1，要求振荡电路满足三点式振荡电路要求，参考附录7.2。图中，Rf为反馈电阻，其作用是稳定输出幅度和相位，其取值为200K~1Mohm；R1为驱动限流电阻，限

4、制反向放大器输出幅度，同时起到抑制EMI的作用；该电阻可以不使用，但当芯片输出功率较大时，或是振荡频率较高时，建议使用该限流电阻，以防止晶体被过驱动；该电阻不能太大，其阻值应与C2电容的电抗值（在振荡频率下）相当；C1,C2为负载电容。图2为其交流等效电路。U1inoutR1RfY1Y1Q2C2C1C2C1图1基频振荡电路图2基频振荡交流等效电路5.2.1.2基频振荡电路负载电容第3页共9页原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号：T-PD-031/秘密石英晶体谐振器的负载电容为从其两个端子看向振荡回路的所有电容值，如图3。CfbU1inoutCinC

5、outY1Cpcb1C1C2Cpcb2图3基频振荡等效负载电容基频振荡电路等效负载电容计算公式如下：CC12CC=+LSCC+12C1,C2为晶体外加负载电容，Cs为杂散电容（straycapacitance），可写为：CCC=+SICPCB其中CIC为驱动芯片电容，包括输入脚对地的电容Cin，输出对地的电容Cout，反馈电容Cfb。CPCB为走线，PAD，引脚之间的杂散电容。CPCB与PCB的走线长度，铜箔厚度等有关；晶振的PCB走线应尽量短，不能有过孔，防止产生额外的杂散电容。CCinoutCC=+ICfbCC+inout某些芯片datashee

6、t会给出电容CIC值。一般情况，CS可以近似取3～5pF。要求计算得到的负载电容约等于晶振的标称负载电容。基频振荡时，要求选择适当的C1,C2电容值，满足三点式电容振荡电路的要求以及晶振的标称负载电容值，以输出所需的谐振频率。5.2.2泛音振荡5.2.2.1泛音振荡电路晶体工作在泛音振荡状态时，泛音频率是基频的奇数倍，参考附录7.3。泛音振荡电路如图4，图中R1为驱动限流电阻；C3为隔直、耦合电容，容值较大，例如1000pF；L1,C1为泛音振动的选频电路，例如当晶体为三阶泛音振荡时，要求该L,C调谐频率为一阶至三阶泛音振荡的频率之间，且在该目标频段

7、LC网络的电抗特性为容性，以满足电容三点式振荡电路的电抗特性要求。交流等效电路如图5所示。第4页共9页原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号：T-PD-031/秘密U1inoutC3R1Y1R1Y1Q1C3L1C1C2C2L1C1图4泛音振荡电路图5泛音振荡交流等效电路在泛音振荡时，为抑制基频振荡的振幅，要求在其基频范围内，L,C网络呈感性，使得振荡电路不满足三点式振荡电路的电抗特性要求，即不满足起振条件，不能输出基频振荡频率。计算该L,C网络的电抗如下：1∗jLωjCω1Xj==ωC=LCLC1⎛⎞1+jLωjCω⎜⎟−2jCω⎝⎠ωL此式为以电容

8、的电抗方式表达的谐振回路等效阻抗，要求该LC谐振电路在泛音振荡频率内呈电容性，而在基频以下的频段呈感性，以满