硅频率控制器晶体替代石英晶.doc

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1、硅频率控制器晶体替代石英晶。石英具有非凡的机械和压电特性，使得从19世纪40年代中期以来一直作为基本的时钟器件。如今，只要需要时钟的地方，工程师首先想到的就是晶体。　　晶体的特点及参数　　封装　　晶体的封装如图1所示，有三部分组成：金属上盖，带有电极的石英片和陶瓷底座。一般来说，还需要向密封壳内充氮气。　　　　　　图1晶体封装图　　现在几乎所有的陶瓷密封装都是由三家日本公司提供，但是由于日本地震和海啸，产量严重受影响。今后很长一段时间将难以满足市场需求。　　石英材料　　石英以其固有的压电特性成为晶体中的主要部分。但是它必须经过切割打磨才能使用，由于其厚度非常薄，虽然采取了保护措施，

2、但是其抗震性一直是大家所担心的。　　精度　　所谓精度就是实际的时钟频率偏离标准时钟频率的程度。用公式表示为：　　Error(PPM)=(Factual-Ftarget)/Ftarget*10E6　　Error：精度　　Factual：实际频率　　Ftarget：标准频率　　PPM：百万分之一　　在晶体的应用中，有这几个方面需要考虑：　　1)频率公差：就是在通常的环境温度下(25°C+/-5°C)实际频率偏离标准频率的值。　　2)频率温度特征：就是在整个温度变化范围内，实际频率偏离标准频率的值。现在通常有三种温度范围：0°C--70°C，-20°C--70°C和-40°C--85°C

3、。　　3)老化：晶体的内部特性随着时间的推移发生变化引起的频率的偏差，称为晶体的老化。一般来说，第一年晶体的精度受老化的影响为5PPM，以后每年大约为1-3PPM。如果一个产品的设计生命周期为10年，则老化带来的频率精度变化最高可达32PPM。　　4)负载电容精度变化引起频率的变化：这个因素往往容易被忽视。在晶体的应用中有两种工作模式，串行振荡模式和并行振荡模式。由于并行模式设计灵活并且有很高的输出精度，现在已成为市场主流。图2是并行振荡模式的等效电路图：　　　　图2并行振荡模式等效电路图　　R1：动态阻抗　　C1：动态电容　　L1：动态电感　　C0：静态电容　　CL：负载电容　　

4、并行振荡模式的频率可根据以下公式：　　FL=[1/2π√(L1*C1))]*√[1+C1/(C0+CL)]　　其中[1/2π√(L1*C1))]是晶体串行振荡模式的频率　　根据泰勒展开：　　FL=[1/2π√(L1*C1)]*[1+C1/2(C0+CL)](1)　　从公式中可以看出，频率与C0,C1和CL都有关。　　在基频谐振中C1为10-30fF，一般取值为20fF。C0取值与晶体的尺寸有关，一般取值为5pF。但是CL的计算与晶体外接电容和PCB设计和材料有关。下图是参考电路图　　　　图3晶体外接负载电容示意图