晶振广泛应用于各种电子产品中.就是用石英材料做成的石英晶体谐振器,俗称晶振.起产生频率的作用,具有稳定,抗干扰性能良好的,按照其性能及材料可分为多种分类,作为市场常用的电子元件,一些工程设计需要了解其详细的参数及其术语和定义.康比电子晶振厂家一起深入了解其内容.
水晶单位:术语和定义
压电效应定义为施加在石英晶振上的压力产生电压,并且施加在石英晶体上的电压产生机械振动.这些振动的频率取决于几个因素:
·这块石英晶片的物理尺寸.
·该片的平面或切口相对于石英的晶轴.
·环境温度.
·操作电路.
1)等效电路
虽然这种压电效应的理论分析是一种相对复杂的机电功能,但它可以表示为一个简单的等效电路.
等效晶体电路可用于解释在其基本谐振频率附近工作的石英晶体单元的电特性.由L1,C1和R1组成的串联电路与弹性振动有关,而元件Co与串联臂并联连接,作为可归因于石英晶片的电介质体的电容.
电阻R1是串联谐振频率下晶振单元的谐振电阻.(见图1).
图1
2)操作模式
晶体单元可用于电路中,以串联或并联两种模式操作.
A)串联谐振:在串联谐振下工作的晶体单元在电路中呈电阻性,晶体单元的值几乎等于运动电阻R1.除非指定负载容量,否则大多数晶体都是串联谐振制造的.
B)并联谐振:在并联谐振下工作的晶体在电路中看起来是感性的.晶体频率将由晶体的等效电参数和负载电容CL确定,该负载电容CL是用于在振荡器电路中使用时确定晶体单元的“条件”的因素.在普通的振荡电路中,晶体单元用在其起感应电抗作用的范围内.
换句话说,当从晶体单元的两个端子看到振荡电路时,该温补晶体振荡器振荡电路可以表示为负电阻-R和电容CL的串联电路.那时,这个电容称为负载电容.
负载电容之间的关系小,频率变化量大,并且当负载电容增加时,频率变化降低.如果在电路中减小负载电容以确保振荡频率的大容差,则即使电路中的微小变化也会极大地影响频率稳定性.可以从数据表中指定的标准值中选择负载容量.
3)分流电容
分流电容(Co)是晶体端子之间的电容.它随封装而变化,通常在SMD晶体单元中较小,含铅晶体单元为6-7pF.
4)频率-温度特性
要将晶体单元用作振荡器,其振荡频率需要对温度变化保持稳定.石英晶体具有晶轴,并且晶体切割根据相对于晶轴的切割角度及其相关的振动模式来定义.最常用的AT切割晶振单元的频率-温度特性由三次曲线表示.(见图2)以给定工作温度范围内获得所需频率容差的角度切割石英晶片.然而,实际上,由于在连续过程中切割和抛光精度的结果,在表观切割角度上可能存在一些偏差.因此,需要优化处理精度.
图2
5)校准公差
校准公差是指定温度下通常在25°C时与标称频率的最大允许偏差.通常以百万分率(ppm)或标称频率百分比表示.
6)稳定性
稳定性是标称频率的最大允许偏差,在25°C时,在指定的温度范围内为0,并以百万分率或标称频率的百分比表示.该参数取决于如前所述的石英晶片切割的角度.
7)总频率容
差整体频率容差是由于温度,时间和其他环境条件的变化而导致的与标称频率的最大允许偏差.
8)老化
石英晶体老化适用于频率的累积变化,这导致有源晶振晶体单元的工作频率的永久变化.在运行的前四十五天,频率变化率最快.许多相互关联的因素与衰老有关,一些最常见的因素是:
·内部污染
·驱动器级别过高
·水晶表面变化
·各种热效应
·导线疲劳
·摩擦磨损
适当的电路设计结合低工作环境,最小驱动电平和静态老化将大大减少不是最严重的老化问题.在10MHz范围内工作的电阻焊晶体的典型老化数字是每年百万分之二(ppm).
9)
可拉性晶体的可拉性是指以并联模式工作的贴片晶振,是作为负载电容的函数的频率变化的量度.对于希望通过改变负载电容值而用单晶实现多个工作频率的电路设计者来说,可移动性非常重要.
10)泛音晶体
晶体通常以其基频工作,但可以在其3次,5次,7次和9次谐波上工作,并对电路稍作调整.泛音晶体经过特殊加工,可实现平面平行度和表面光洁度,从而在所需的泛音谐波振动下提升其性能.
11)杂散响应
晶体也可能以与其基频或泛音频率无关的频率振动.这种不需要的频率称为杂散.电路设计者应通过确保振荡反馈电路在所需的工作频率下实现其最高增益来保护电路免受杂散.
12)驱动电平
由于晶体单元执行机械振动,过多的振动可能导致不稳定的振荡频率,并且最终可能在最坏的情况下导致对石英晶片的严重损坏.在设计振荡电路时,应检查驱动电平,以便使用低于我们数据表规定电平的振荡器.图4示出了确认驱动电平的示例方法.该方法使用电流探针测量石英晶体振荡器电流.在这种情况下,驱动器级别如下:
13)绝缘电阻
晶体单元的2个焊接端子之间或引线和壳体(金属外壳)之间的电阻.它使用100V±15V的直流电压进行测试,绝缘电阻在500M欧姆的范围内.
14)品质因数
品质因数是运动电感,谐振频率和等效串联电阻(ESR)的质量函数.它通常在十到一百的范围内.
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