石英晶体振荡电路设计

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1、石英晶俸狐嚼电酪筱针摘要:不同的制造商提供各种形状与大小的石英晶体,其性能指标也各不一样。这些指标包括谐振频率、谐振模式、负载电容、串联阻抗、管壳电容以及驱动电平。本应用笔记帮助读者理解这些指标参数,并允许用户根据应用选择合适的晶体以及在MAX1470超外差接收机电路应用中获得最佳效果。不同的制造商提供各种形状与大小的石英晶体，其性能指标也各不一样。这些指标包括谐振频率、谐振模式、负载电容、串联阻抗、管壳电容以及驱动电平。本篇应用笔记帮助读者理解这些指标参数，并允许用户根据应用选择合适的晶体以及在MAX1470超外差接收机电路应用中获得最佳效果。晶体的等效电路见图1。

2、图中包括了动态元件：电阻Rs、屯感Lm.屯容Cm和并联电容Co。这些动态元件决定了晶体的串联谐振频率和谐振器的Q值。并联电容Co是晶体电极、管壳和引腿作用的结果。图7.晶体模型以下详细给出主要的性能指标。谐振频率晶体频率可以根据接收频率指定。由于MAX1470使用低端注入的10.7MHz中频，晶体频率可由下式给出（单位为MHz）：I*卜・I0.7~64~对于315MHz应用，晶体的频率可为4.7547MH乙而在433.92MHz应用吋'需耍6.6128MHz晶体。仅基频模式的晶体需要指定（无需泛音）。谐振模式品体具有两种谐振模式：串联（两个频率中的低频率）和并联（反谐

3、振，两个频率中的高频率）。所有在振荡电路中呈现纯阻性时的晶体都表现岀两种谐振模式。在串联谐振模式中，动态电容的容抗Cm、感抗Lm相等＞1.极性相反，阻抗最小。在反谐振点。阻抗却是最大的，屯流是最小的。在振荡器应用中不使用反谐振点。通过添加外部元件（通常是电容），石英晶体可振荡在串联与反谐振频率之间的任何频率上。在晶体工业中，这就是并联频率或者并联模式。这个频率高于串联谐振频率低于晶体真正的并联谐振频率（反谐振点）。图2给出了典型的晶体阻抗与频率关系的特性图。InductiveCapacitive图2.晶体阻抗相对频率负载电容和可牵引性在使用并联谐振模式时负载电容是晶体

4、一个重要的指标。在该模式当中，晶体的总电抗呈现感性，与振荡器的负载电容并联，形成了LC谐振回路，决定了振荡器的频率。当负载屯容值改变后，输出频率也随Z改变。因而，晶体的生产商必须知道振荡器电路中的负载电容，这样可以在工厂中使用同样的负载电容来校准。如果使用谐振在不同的负载电容上的晶体，那么晶体频率将偏离额定的工作频率，这样参考频率将引入误差。因而，需要添加外部电容，改变负载电容，使晶体重新振荡到需要的工作频率上。图3给出MAX1470评估板电路里的晶体图。在这个电路中，C14和C15是串联牵引电容，而C16是并联牵引电容。Cevkit为等效的MAX1470芯片加上评估

5、印刷板的寄生电容。Cevkit约为5pFo图3.评估板晶体等效电路串联牵引电容会加快晶体振荡，而并联电容会减缓振荡。Cevkit为5pF,如果使用负载电容为5pF的晶体，会振荡到需要的频率上,因而无需外部的电容（C16不接，同时C14和C15在板上短接）。评估板本身使用3pF负载电容的晶体，需要两个15pF电容串联加速振荡。负载电容的计算如下：在这个例子中，如果不使用两个串联电容，4.7547MHz晶体会振荡在4.7544MH乙而接收机将调谐在314.98MHz而不是315.OMH乙频率误差约为20kH乙也就是60ppmo因而，关键是使用串联或者并联或者两种形式匹配晶

6、体的负载容抗（取决于电容的值）。例如，lpF并联电容是6pF负载电容所需要的（或者以下的结合形式：C14=C15=27pFzC16=5pF）。谨慎使用大屯容值的C16,因为它会增大谐振电路的电流，导致晶体停振，图4给岀了并联电容和振荡器电流的关系图。图4.晶体振荡器电流与附加的并联负载电容的关系在定制的PCB板中，如果Cevkit未知，可以使用频谱分析仪监测中频（在信号进入频谱分析仪之前确保使用隔直电容），然后使用串联和并联电容调谐中频频率至10.7MHz。串联电阻普通晶体的典型串联电阻为25Q至100Q。晶体制造商通常给出该电阻的特性并指定了其最大值。在MAX147

7、0振荡电路中该电阻不要超过lOOQo管壳或者并联电容这个便是晶体电极、管壳和引脚的电容。典型值范围为2pF至7pF。驱动电平必须限制晶体的功耗，在过分机械振动的条件下石英晶体会停振。由于菲线性，晶体特性也会随驱动电平变化。晶体制造商会根据特殊牛产线指定最大的驱动电平。使用驱动电平在lpW范围内的晶体。以上这些性能指标可指导用八选择合适的晶体以满足MAX1470振荡电路的需耍，能够改善接收机的整体性能。二、石英晶体正弦波振荡电路1•并联型石英晶体正弦波振荡电路如果用石英晶体取代LC振荡电路中的电感，就得到并联型石英晶体正弦波振荡电路，如左下图所不，电路