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晶振匹配和温度漂移如何解决?晶振的频率是怎么决定的?

作者:OCXO 时间:2019-05-08 10:23:40来源:恒温晶振厂家 阅读数:
摘要:  晶振匹配和温度漂移如何解决?晶振的频率是怎么决定的?  本文详细介绍了晶体振荡器匹配和晶振温度漂移应该如何解决,并系统的说明了晶振的频率是有什么决定的。在通过理...

  晶振匹配和温度漂移如何解决?晶振的频率是怎么决定的?

  本文详细介绍了晶体振荡器匹配和晶振温度漂移应该如何解决,并系统的说明了晶振的频率是有什么决定的。在通过理论和时间之中,相信大家能深刻明白晶振匹配、温度、频率之间的关系和原理。晶盛小编推荐本文!

晶振匹配和温度漂移如何解决?

  在电子产品世界中,成本控制是一个很重要的命题。有源晶振要比无源晶振高出五到十倍,因此更多厂家选择使用无源晶振。但在降低成本的同时也会出现晶振匹配困难和温度飘移的难题。

  究其原因,无源晶振的使用效果不仅取决于晶振本身的指标,还与振荡电路的设计匹配关联性极大,也常常出现匹配不理想的状况。有源晶振是直接将晶体与钟振IC"捆 绑"封装调试后,提供给用户,避免了客户端因晶体负载匹配不当,造成电路频率漂移的麻烦,下面来浅谈有源晶振(钟振)是如何做到避免以上不良的。

 晶振

  石英晶体俗称水晶,成分为二氧化硅,具有"压电效应"和极高的品质因数,被应用于各种振荡电路,其频率稳定度一般可以达到10-6~10-8数量级,甚至更高。然而其频率精度受到石英晶体自身所固有的两个特性影响:频率牵引量(TS)和温漂。频率牵引量是描述石英晶体频率精度随着负载电容变化而变化的物理量,单位为PPM/PF.温漂是描述晶体频率精度随着温度的变化而变化的物理量,为石英晶体所固有的特性,其频率温度曲线与石英晶片的切型和切角有关。从用户使用角度讲,用户没法改变晶片的切角切型,却很容易改变振荡回流的负载,也正因此原因,客户在使用晶体谐振器时,容易出现因负载不匹配造成的频率漂移现象。

  钟振之所具有高精度和高稳定度,原因在于钟振内部使用了专业振荡IC,已经在未对钟振封装前,通过对水晶片上的电极喷银或者刻蚀等方式改变晶片厚度对晶体频率进行微调,从而使振荡电路输出想要的目标频率,避免了因负载不匹配造成的频率漂移,提高了振荡电路的精度。

  上文提到石英晶体还有一个重要的特性--温漂。所有的石英晶体材料做成的频率器件,均有一定的温漂。温漂成为影响石英晶体谐振器及石英晶体振荡器频率精度的重要因素。温补钟振(TCXO),恒温钟振(OCXO),都是针对晶体的频率温度特性做相应的补偿,频率精度TCXO小于±2.5ppm,OCXO小于±10ppb(1ppb=10-3ppm),甚至更高。温度补偿,成为弥补石英晶体温漂的重要手段。然而,市面上针对KHZ级别的温补钟振少之又少,其原因,我可以从晶体的切型方面分析。

  石英晶片的切型大致可以分为AT切、BT切、CT切、DT切等,不同的切型,所对应的频率温度曲线不一样。下面两幅图的分别为音叉32.768KHZ晶体和AT切MHZ晶体的频率温度曲线。

  音叉32.768KHZ晶体频率温度曲线为二次抛物线,随着工作温度偏离常温25℃越远,温漂也随之变大,-10℃~60℃其温漂达到将近50ppm,如按工业级-40℃~85℃计算,温漂高达151ppm,难以适应工业级工作温度范围的电子产品,对其进行温度补偿也较为困难,因此,市面上针对32.768KHZ的TCXO很少,且价格极为昂贵。对于一般的消费类电子行业,如需工业级-40℃~85℃,且温度频差控制在±30ppm以内,使用普通音叉型32.768KHZ晶体,是无法满足要求的。然而,如果能将晶片切型改为AT切的切型,那么工业级温度频差控制在±30ppm以内将不成问题。下面来了解一下AT切 32.768KHZ钟振是如何实现的。

  AT切晶体频率温度曲线为三次曲线,呈躺着的"S"型曲线,随着温度的变化,温漂呈"S"型轨迹变化,大致在-10℃和+60℃时,有两个"拐点",即温漂又会反方向拐回来。因此,只要控制好晶片的切角在一定的公差范围内,那么保证两个拐点温漂在-40℃~85℃时不超过±30ppm并不是一件难事。然而,AT切晶体只针对MHZ频率的晶体,如何转换成32。768KHZ频率?钟振32。768KHZ通过分频方式,便可以实现。如采用AT切16。777216MHZ晶体,通过512分频,那么就可以得到想要的32。768KHZ频率。钟振实现对频率的分频并不困难,都集成在振荡IC内部。因此,使用AT切MHZ 分频实现的32。768KHZ钟振,在频率温度特性上,有很大的改良,在没有进行温度补偿的时候,-40℃~85℃条件下,温度频差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以实现的。

  以上提到钟振的高精度和高稳定性,关键在于钟振减少繁琐的晶体负载匹配过程,且使用了专业的振荡IC,提高了产品的稳定性。32.768KHZ 钟振,采用AT切MHZ晶片通过分频方式,大大改良了产品的温度频差特性。然而,不得不指出,采用MHZ分频做出的32.768KHZ在功耗上面会略比使用KHZ最为振荡源的功耗会略大,一般工作输入电流<0.5mA (3V),静态消耗电流<10uA,功耗从实际测试上看,还是比较小的。因此,对32.768KHZ频率有特定的温度频差要求的产品,不妨可以考虑一下钟振32.768KHZ。

晶振的频率是怎么决定的?

  晶振的振动就像弹簧;晶体的振动频率和石英晶体的面积、厚度、切割取向等有关。越长的抖得越慢、越粗的抖得越慢、越软的抖得越慢,不过太短太细太硬的抖不起来。晶振是机械振动,具有机械振动的特征:形状、几何尺寸、质量等,决定振动频率。

  晶振普遍由石英材质或者陶瓷材质加上内部的晶片组合而成,而晶振的频率大小取决于晶片的厚度影响。首先,在制作工艺来讲,晶片大小以及晶片厚薄与晶振的频率密切相关,一般来讲,石英晶振的频率越高,需要的石英晶片越薄。比如40MHZ的石英晶体所需的晶片厚度是41.75毫米,這樣的厚度還算可以做到,但100MHZ的石英晶体,所需的晶片厚度则是16.7毫米。即使厚度可做到但損耗非常高,製成成品後輕輕一跌晶片就碎裂。所以一般在高频的晶体就要采用三次泛音、五次泛音、七次泛音的技术来达到了。比如基频为20MHZ的晶体,五次泛音之后就可以得到100MHZ的晶体。一般以经验来讲,40MHZ以下基本都是基频晶振,而40MHZ以上,则是泛音晶振了。因此,我们不难理解,为什么很多有源晶振频率基本都算高频的,并且成本也相对比较贵,有源晶振的成本除了内部晶片较薄以外,再就是自身有加一个振荡片。

  那么基频晶振和泛音晶振在使用上又会有什么不用了。两者在使用上肯定是有区别的,比如基频的晶体,只需要接入适当的电容就可以工作,而泛音晶振则需要电感和电容配合使用才可振出泛音频率,否则就只能振出基频了。

  泛音晶振简介: 石英晶振是采用石英晶片制成的,而不同频率的石英晶振对应的石英晶片的大小、厚薄是不一样的,一般来讲,石英晶振的频率越高,需要的石英晶片越薄。比如40MHZ的石英晶体所需的晶片厚度是41.75毫米,這樣的厚度還算可以做到,但100MHZ的石英晶体,所需的晶片厚度则是16.7毫米。即使厚度可做到但損耗非常高,製成成品後輕輕一跌晶片就碎裂。所以一般在高频的晶体就要采用三次泛音、五次泛音、七次泛音的技术来达到了。

  比如基频为20MHZ的晶体,五次泛音之后就可以得到100MHZ的晶体。一般以经验来讲,40MHZ以下基本都是基频晶振,而40MHZ以上,则是泛音晶振了。

  两者在用法上也是有一定的区别的,比如基频的晶体,只需要接入适当的电容就可以工作,而泛音晶体则需要电感与电容配合使用才可振出泛音频率,否则就只能振出基频了。

晶振匹配和温度漂移如何解决?晶振的频率是怎么决定的?相关问答:

问题:晶振型号大全及选型

回答:晶振一般叫做晶体谐振器,是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。一般来说晶振分为有源晶振与无源晶振。型号的话很多。

问题:晶体振荡器是 晶体管振荡器么?

回答:晶体振荡器是指由石英晶振决定频率,辅以晶体管或IC做成的振荡电路。LC振荡器、三点式电容或电感振荡器,则称为“晶体管振荡器”。

问题:晶体振荡器怎么用

回答:一个“晶振”,相当于一个音叉,音叉有一个固有的振荡频率,能产生一个固定的音频,一个“晶振”也具备有一个固定的振荡频率,当振荡电路中选择使用“晶振”时,也可以使电路产生一个稳定的频率;如同两个固有频率相同的音叉之间可以产生“共振”一样,当频率与晶振频率相同的信号通过晶振时,传输的效率最大。

问题:晶振的作用是什么?

回答:晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。

问题:晶体振荡器电路图

回答:你好,请联系晶盛科技幸运赛车网络部客服,还可以添加微信,我们会发送各种型号的晶体振荡器电路图给您!

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