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聊一聊晶振的結構特點

圖文 更新时间:2024-12-26 13:16:59
先來看一下晶體和晶振的區别

晶體,英文 Crystal,電路上一般會簡寫為 XTAL,需要外加時鐘電路才能輸出時鐘信号,所以一般叫無源晶振,也叫諧振器。

晶體一般是 2 腳或者 4 腳,2 腳最常見,晶體無極性。

聊一聊晶振的結構特點(你還不知道晶體和晶振的區别)1

晶振,英文 Crystal oscillator,電路上一般簡寫為 XO,隻需要供電就可以輸出時鐘信号,所以一般叫有源晶振,也叫振蕩器。

晶振一般是 4 腳,1 個 VCC,2 個 GND,1 個 Output。

聊一聊晶振的結構特點(你還不知道晶體和晶振的區别)2

我們再看一下晶振的種類
  1. Package 石英振蕩器,英文 SPXO:不施以溫度控制及溫度補償的石英振蕩器。頻率溫度特性依靠石英振蕩晶體本身的穩定性。
  2. 溫度補償石英振蕩器,英文 TCXO:附加溫度補償回路,減少其頻率因周圍溫度變動而變化之石英振蕩器。
  3. 電壓控制石英振蕩器,英文 VCXO:控制外來的電壓,使輸出頻率能夠變化或調變的石英振蕩器。
  4. 恒溫槽式石英振蕩器,英文 OCXO:以恒溫槽保持石英振蕩器或石英振蕩晶體在一定溫度,控制其輸出頻率在周圍溫度下也能保持極小變化量之石英振蕩器。

可以看到,不管是 VCXO 還是 TCXO,内部都帶有電路進行補償,所以價格上會比晶體貴,質量和準确度也會比晶體高不少,比如 GPS 上一般會選用 TCXO。

下面看一下晶振最重要的幾個參數
  1. 标稱頻率(Normal Frequency):晶振的标準頻率,如 26MHz、32.768KHz 等。
  2. 頻率誤差(Frequency Tolerance)或頻率穩定度(Frequency Stability):用單位 ppm 來表示,即百萬分之一,是相對标稱頻率的變化量,此值越小表示精度越高,1MHz 的晶振,1 個 PPM 就是 1Hz 的偏差。
  3. 溫度頻差(Frequency Stability vs Temp):表示在特定溫度範圍内,工作頻率相對于基準溫度時工作頻率的允許偏離,它的單位也是 ppm。
  4. 負載電容 CL:負載電容是指晶振正常工作震蕩所需要的電容。為使晶體能夠正常工作,需要在晶體兩端外接電容,來匹配達到晶體的負載電容。

那負載電容如何确定呢?

計算公式:CL=C1*C2/(C1 C2) Cic △C

C1 和 C2 為晶振兩腳對地電容,稱為匹配電容。

Cic 為集成電路内部電容,△C 為 PCB 闆上電容,一般大小為 3~5pF。

匹配電容一般取 C1=C2=2CL,這樣并聯起來就接近負載電容 CL 了,在一般情況下,增大負載電容會使振蕩頻率下降,而減小負載電容會使振蕩頻率升高。

如果 crystal 所接的 IC 内部有負載電容,那外部的 C1 和 C2 就不需要了。

聊一聊晶振的結構特點(你還不知道晶體和晶振的區别)3

一般 IC 的數據手冊中會給出負載電容的大小。

今天的文章到這裡就結束了。。。

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