晶振基础知识

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1、图1简化了的石英為体元件等效电路频率(Hz)••••■■••■•图2常用切型晶体的电感范围1、晶体元件参数1.1等效电路作为一个电气元件，晶体是由一选定的晶片，连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成。晶体谐振器的等效电路图见图lo等效电路由动态参数I」G、R

2、和并电容Co组成。这些参数Z间都是冇联系的，一个参数变化时口J能会引起其他参数变化。而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作频率及制造商实施的貝体设计方案关系极大。下面的两个等式是工程上常用的近似式：角频率s=i/JL]G品质因数Q=^Li/

3、R)其中L1为等效动电感，单位mHCl为等效电容，也叫动态电容，单位fFR1为等效电阻，一般叫谐振电阻，单位O图2、图3、图4给出了各种频率范围和各种切型实现参数LnChRi的范围。对谐振电阻来说，供应商对同一型号的任何一•批中可以有3：1的差别，批和批之间的差别可能会更人。对于一给定的频率，采用的晶体盒越小，则E和4的平均值可能越高。1.2晶体元件的频率，晶体元件的频率通常与晶体盒尺寸和振动模式有关。一般品体尺寸越小可获得的最低频率越高。品体盒的尺寸确定了所容纳的振子的最人尺寸，在选择产品时应充分考虑可实现的可能性，超出这个可能范

4、围，成本会急剧增加或成为不可能，当频率接近晶体盒下限时，应与供应商沟通。下表是不同晶体盒可实现的频率范围。210°/、//1T-BTiT-BT泛音丿1i\\5510'55国°•tf2G21O2105251O625107252频率(Hz)图4充有一个大气压力气体（90%氮、10%氮）的气密晶体元件的频率、切型和电阻范围品体盒型号振动模式频段(MHz)HC-49UAT：基频1.8432-30BT基频20-40AT三次泛音20-85AT五次泛音50-180HC-49SAT基频3.579-30AT=•次泛音20-65AT五次泛咅50

5、-150SMD7X5AT基频6-40AT三次泛齐33-100AT五次泛音50-180SMD6X3.5AT基频8-40AT-次泛咅35-100AT九次泛齐50-180SMD5X3.2AT基频12-45AT二•次泛音35-100AT五次泛音60-1801.3频差规定工作温度范围及频率允许偏差。电路设计人员可能只规定室温频差，但对于在整个工作温度范围内要求给定频差的应用，除了给定室温下的频差还应给出整个工作温度范围内的频差。给定这个频差时，应充分考虑设备引起温升的容限。通常有两种方法规定整个工作温度范围的频差。1）规定总频差如从-10°C

6、—+85C，总频差为土50X101通常这种方法一般用于具有较宽频差而不采用频率微调的应用场合。2)规定下列部分频差棊准温度下的频差为±10X10°在-30-+60°C温度范围内，相对于基准温度实际频率的频差土20X10",这种方法常用于较严频差，靠频率牵引来消除基准温度下的频差的场合。对于温度曲线为抛物线的BT切晶体，可以规定基准温度下的频差为正公差，如+20X10"。-般来讲，应该根据系统的要求来确定品体元件的工作范围及频率允许偏差。1.4频率温度特性频率温度特性随所用的振动模式不同其变化相当人，图5给出了常用切型的频率温度特性关

7、系的理论曲线。常用的品体谐振器主要是AT切的BT切型，由丁AT切的温度频差更容易控制，因此温度频差耍求较严的晶体多选用AT切品体，图6给出了比较完整的一系列AT切晶体的频率温度特性的理论曲线。这些曲线表明，可以选定特定的介度范围来保证在规定的温度范围内得到规定的性能。实际上山于设计制造的多种限制，这些理论曲线仅供做为指导性资料。应当说明的是在选择校小的温度频差时需要付出较高的代价。对于一般用作数字电路(如PC)时钟的应用场合,±30X106±50X10"的温度频差己经足够了,只有在通信系统和精确计时基准的应用时才会考虑更严的温度频

8、差。图7表明了AT切晶体当规定特别小温度频差时所花费的代价。过严的频差会导致制造成本的增加，设计人员应充分评估所需的频差范围。1.5激励电平的影响实际上，所有晶体元件的频率都在一定程度上随激励电平变化而变化(微量变化)，一般来说，AT切晶体的频率会随激励电平增人而略有升高。过高的激励电平会导致谐振器温度特性的畸变，并激活寄牛•模。过高的激励使品体发热和应力过人，从而产生不可逆的频率漂移。非常低的激励电平(数微乩或更低)下，晶体元件的谐振电阻可能比在额定激励电平下电阻值高很多，以致使振荡器越振越闲难。这种效应经过一段非工作状态的贮存后

9、会加剧，这就是激励电平相关性(DLD)o因此，晶体在电路中实际使用的激励电平不应过大和过小。下面是1EC推荐的激励功率的常用值。2mw>lmv>0.lmw(100pw)、0.05mw(50Uv)、0.02mw(20Uw)、0.Ol