晶體應(yīng)用培訓(xùn)材料精編版

1、晶體應(yīng)用基礎(chǔ)知識 石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器， 被廣泛應(yīng)用于彩電、 計算機、 遙 控器等各類振蕩電路中， 以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、 為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生 時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。一、石英晶體振蕩器的基本原理1、石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu) 石英晶體振蕩器是利用石英晶體 （二氧化硅的結(jié)晶體） 的壓電效應(yīng)制成的一種 諧振器件， 它的基本構(gòu)成大致是： 從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片 （簡 稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等） ，在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作 為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳 上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石 英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。

2、其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也 有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。2、壓電效應(yīng)若在石英晶體的兩個電極上加一電場， 晶片就會產(chǎn)生機械變形。 反之，若在晶 片的兩側(cè)施加機械壓力， 則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場， 這種物理現(xiàn)象稱為 壓電效應(yīng)。 如果在晶片的兩極上加交變電壓， 晶片就會產(chǎn)生機械振動， 同時晶片 的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。 在一般情況下， 晶片機械振動的振幅和交變電場 的振幅非常微小， 但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時， 振幅明顯加大， 比 其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與 LC 回路的諧振現(xiàn)象十 分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。3、符號和

3、等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖 2所示。當(dāng)晶體不振動時， 可把它看成 一個平板電容器稱為靜電電容 C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)， 一般約幾個PF到幾十PF。當(dāng)晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感 L來等效。 一般L的值為幾十mH至肌百mH。晶片的彈性可用電容 C來等效，C的值很 小，一般只有0.0002O.lpF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用 R來等效，它 的數(shù)值約為100Q。由于晶片的等效電感很大，而 C很小，R也小，因此回路的 品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達100010000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片 的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石

4、英諧振器組 成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。4、諧振頻率從石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個諧振頻率，即（1）當(dāng) L、 C、 R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，它的等效阻抗最小（等于R）。串聯(lián)揩振頻率用fs表示，石英晶體對于串聯(lián)揩振頻率fs呈純阻性，（2）當(dāng)頻率高于fs時L、C、R支路呈 感性，可與電容C。發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)頻率用fd表示。根據(jù)石英晶體的等效電路，可定性畫出它的電抗一頻率特性曲線如圖2e所示。 可見當(dāng)頻率低于串聯(lián)諧振頻率 fs 或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率 fd 時，石英晶體呈 容性。僅在fsvfvfd極窄的范圍內(nèi)，石英晶體呈感性。二、石英晶體振蕩器類型特點 石英晶體振蕩器是由品質(zhì)因

5、素極高的石英晶體振子（即諧振器和振蕩電路組 成。晶體的品質(zhì)、切割取向、晶體振子的結(jié)構(gòu)及電路形式等，共同決定振蕩器的 性能。國際電工委員會（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO）， 電壓控制式晶體振蕩器（VCXO）,溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式 晶體振蕩（OCXO）。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補償式晶體振蕩器（DCXO ）等。普通晶體振蕩器(SPXO)可產(chǎn)生10(5)10(4)量級的頻率精度，標(biāo)準頻率 1 100MHZ，頻率穩(wěn)定度是00ppm。SPXO沒有采用任何溫度頻率補償措施， 價格低廉，通常用作微處理器的時鐘器件。封裝尺寸范圍從21x140mm及5X3.2 X.

6、5mm。電壓控制式晶體振蕩器(VCXO )的精度是10(6)10(5)量級，頻率范圍 130MHz。低容差振蕩器的頻率穩(wěn)定度是 j0ppm。通常用于鎖相環(huán)路。封裝尺 寸 14X10X3mm。溫度補償式晶體振蕩器(TCXO)采用溫度敏感器件進行溫度頻率補償，頻率 精度達到10(7)10A(-6)量級，頻率范圍1 60MHz，頻率穩(wěn)定度為 .5ppm，圭寸裝尺寸從303015mm至11.4 9.6 X3.9mm。通常用于手持電話、蜂 窩電話、雙向無線通信設(shè)備等。恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)將晶體和振蕩電路置于恒溫箱中，以消除環(huán) 境溫度變化對頻率的影響。OCXO頻率精度是10A(-10)至10A

7、(-8)量級，對某些特 殊應(yīng)用甚至達到更高。頻率穩(wěn)定度在四種類型振蕩器中最高。三、石英晶體振蕩器的主要參數(shù) 晶振的主要參數(shù)有標(biāo)稱頻率，負載電容、頻率精度、頻率穩(wěn)定度等。不同的晶振標(biāo)稱頻率不同，標(biāo)稱頻率大都標(biāo)明在晶振外殼上。 如常用普通晶振標(biāo)稱頻率有： 48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz40.50 MHz等，對于特殊要求的晶振頻率 可達到1000 MHz以上，也有的沒有標(biāo)稱頻率，如 CRB、ZTB、Ja等系列。負載 電容是指晶振的兩條引線連接 IC 塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和，可看作晶振 片在電路中串接電容。 負載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。 標(biāo)稱頻率相同 的晶振，

8、 負載電容不一定相同。 因為石英晶體振蕩器有兩個諧振頻率， 一個是串 聯(lián)揩振晶振的低負載電容晶振： 另一個為并聯(lián)揩振晶振的高負載電容晶振。 所以， 標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時還必須要求負載電容一致， 不能冒然互換， 否則會造 成電器工作不正常。 頻率精度和頻率穩(wěn)定度： 由于普通晶振的性能基本都能達到 一般電器的要求， 對于高檔設(shè)備還需要有一定的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。 頻率精 度從10A(-4)量級到10A(-10)量級不等。穩(wěn)定度從 到00ppm不等。這要根據(jù) 具體的設(shè)備需要而選擇合適的晶振， 如通信網(wǎng)絡(luò)， 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)就需要更 高要求的石英晶體振蕩器。 因此， 晶振的參數(shù)決定了晶振的品質(zhì)

9、和性能。 在實際 應(yīng)用中要根據(jù)具體要求選擇適當(dāng)?shù)木д瘢?因不同性能的晶振其價格不同， 要求越 高價格也越貴，一般選擇只要滿足要求即可。四、石英晶體振蕩器的發(fā)展趨勢1、小型化、薄片化和片式化：為滿足移動電話為代表的便攜式產(chǎn)品輕、薄、 短小的要求，石英晶體振蕩器的封裝由傳統(tǒng)的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝 轉(zhuǎn)變。例如 TCXO 這類器件的體積縮小了 30100倍。采用 SMD 封裝的 TCXO 厚度不足2mm，目前5X3mm尺寸的器件已經(jīng)上市。2、 高精度與高穩(wěn)定度，目前無補償式晶體振蕩器總精度也能達到25ppm， VCXO的頻率穩(wěn)定度在1070C范圍內(nèi)一般可達 吃0100ppm,而OCXO在同

10、一溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度一般為 ).00015ppm，VCXO控制在 吃5ppm以下。3、低噪聲，高頻化，在GPS通信系統(tǒng)中是不允許頻率顫抖的，相位噪聲是表征振蕩器頻率顫抖的一個重要參數(shù)。目前 OCXO 主流產(chǎn)品的相位噪聲性能有很 大改善。除 VCXO 外，其它類型的晶體振蕩器最高輸出頻率不超過200MHz。例如用于GSM等移動電話的UCV4系列壓控振蕩器，其頻率為6501700 MHz， 電源電壓2.23.3V，工作電流810mA4、低功能，快速啟動，低電壓工作，低電平驅(qū)動和低電流消耗已成為一個趨勢。電源電壓一般為3.3V。目前許多TCXO和VCXO產(chǎn)品，電流損耗不超過2 mA。 石英晶體振蕩

11、器的快速啟動技術(shù)也取得突破性進展。例如日本精工生產(chǎn)的VG2320SC型VCXO ,在）.1ppm規(guī)定值范圍條件下，頻率穩(wěn)定時間小于4ms。 日本東京陶瓷公司生產(chǎn)的 SMD TCXO,在振蕩啟動4ms后則可達到額定值的 90%。OAK公司的1025 MHz的OCXO產(chǎn)品，在預(yù)熱5分鐘后，則能達到）.01 ppm 的穩(wěn)定度。五、石英晶體振蕩器的應(yīng)用1、石英鐘走時準、耗電省、經(jīng)久耐用為其最大優(yōu)點。不論是老式石英鐘或是 新式多功能石英鐘都是以石英晶體振蕩器為核心電路， 其頻率精度決定了電子鐘 表的走時精度。石英晶體振蕩器原理的示意如圖 3 所示，其中 V1 和 V2 構(gòu)成 CMOS反相器石英晶體Q與振

12、蕩電容C1及微調(diào)電容C2構(gòu)成振蕩系統(tǒng)，這里石 英晶體相當(dāng)于電感。振蕩系統(tǒng)的元件參數(shù)確定了振頻率。 一般Q、C1及C2均為 外接元件。另外R1為反饋電阻，R2為振蕩的穩(wěn)定電阻，它們都集成在電路內(nèi)部。 故無法通過改變 C1 或 C2 的數(shù)值來調(diào)整走時精度。但此時我們?nèi)钥捎眉咏右恢?電容 C 有方法，來改變振蕩系統(tǒng)參數(shù)，以調(diào)整走時精度。根據(jù)電子鐘表走時的 快慢，調(diào)整電容有兩種接法：若走時偏快，則可在石英晶體兩端并接電容C，如圖 4 所示。此時系統(tǒng)總電容加大，振蕩頻率變低，走時減慢。若走時偏慢，則可 在晶體支路中串接電容C。如圖5所示。此時系統(tǒng)的總電容減小，振蕩頻率變高， 走時增快。只要經(jīng)過耐心的反復(fù)

13、試驗，就可以調(diào)整走時精度。因此，晶振可用于 時鐘信號發(fā)生器。2、隨著電視技術(shù)的發(fā)展，近來彩電多采用500kHz或503 kHz的晶體振蕩器作為 行、場電路的振蕩源，經(jīng)1/3的分頻得到15625Hz的行頻，其穩(wěn)定性和可靠性 大為提高。面且晶振價格便宜，更換容易。3、在通信系統(tǒng)產(chǎn)品中，石英晶體振蕩器的價值得到了更廣泛的體現(xiàn)，同時也 得到了更快的發(fā)展。許多高性能的石英晶振主要應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)、 無線數(shù)據(jù)傳輸、 高速數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。晶體諧振器簡介一、 石英晶體原理介紹：（一） 石英晶體的工作原理：1 壓電效應(yīng)：沿某些晶體的特定方向施加壓應(yīng)力作用時， 晶體產(chǎn)生形變， 同時產(chǎn)生電極化， 其極化強度與壓力成正

14、比，稱之為正壓電效應(yīng)；反之，在電場作用下，晶體 產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變大小與場強成正比，稱之為負壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的原理是： 外力作用下晶格變形引起正負電荷中心分離而產(chǎn)生的。施加應(yīng)力時，在一個 方向上產(chǎn)生脈沖電流，取消時，在相反方向產(chǎn)生。2穩(wěn)頻原理： 石英晶片是彈性體，有其固有頻率，同時又由于其為壓電體，當(dāng)外加電場的 交變頻率與石英晶片的固有頻率相接近時， 由于負壓電效應(yīng)， 石英晶片產(chǎn)生機械 諧振，此時振幅最大，阻抗最小 ,電流最大。若外加交變電場的頻率偏離石英晶 片的固有頻率時， 阻抗迅速增大 ,電流也隨之迅速減小 ,故其有很好的穩(wěn)頻 （對頻率 的選擇）作用。5 諧振等效工作電路：石英晶片經(jīng)過被電極

15、，上架、封裝即成為壓電諧振器。當(dāng)外加電場的交變頻 率與石英晶片的固有頻率相接近，且外加電壓的角頻率3等于石英機械振動的固 有諧振角頻率3時（取決于石英晶體的幾何尺寸和切型），晶片產(chǎn)生機械諧振，彈性 振動通過壓電效應(yīng)與路相耦合，其效果等于由L1 , C1, R1的串聯(lián)臂和CO并聯(lián)組 成的諧振回路。此時機械振動的幅度最大，相應(yīng)地晶體表面所產(chǎn)生的電荷量最大， 外電路中電流最大。（二）石英晶體的使用：石英晶體諧振器的使用回路：在振蕩電路中，石英晶體諧振器作為電感使用，與負載電容構(gòu)成實質(zhì)上的LC 振蕩電路，這一電路稱為哈特萊電路。振蕩電路的起振條件電路相應(yīng)構(gòu)成1正反饋條件：相位角為360，產(chǎn) 生正反饋回

16、路振蕩電路為哈特萊電路2起振時，放大器的放大倍數(shù)1反饋回路，諧振器作為電感， 與負載電容構(gòu)成LC路3有選頻網(wǎng)絡(luò)選頻元件為諧振器4有由非線性元器件組成的限幅電 路負阻抗-R在第一個起振條件中，由于諧振回路不是理想矩形，故存在不均勻性，具有 定頻帶的信號作用于回路時，回路的電流或回路端電壓頻率失真（在通頻帶范圍 內(nèi)產(chǎn)生的頻率失真被認為是允許的 ).同樣 ,由于回路的電流或端電壓對各個頻率 分量產(chǎn)生的相位移不成線性關(guān)系 ,故不可避免地產(chǎn)生相位失真 ,這是諧振回路的相 頻特性 ,此特性不僅僅與諧振器條件有關(guān)，還與振蕩電路本身有關(guān)。2 負載電容特性：諧振器工作頻率范圍：串聯(lián)時丄1和C1的電抗值相等且符號

17、相反。Fs=(1/2n )*(L1*C1) 1/2.只有在Fs 和Fp之間的陰影區(qū)，諧振器方表現(xiàn)為感性，可組成振蕩回路。振蕩電路是等效電路是由負阻抗-R和電容CL構(gòu)成的，CL是由石英晶體諧振 器兩端向振蕩器看的有效電容量，通常稱為負載電容。(4)Fs 和 Fp 之間的間隔代表石英諧振器的可調(diào)帶寬 ,通過 CL 可使晶體工作在 Fs 和Fp之間的某 一 點 , 諧 振 器 在 這 一 區(qū) 域 呈 現(xiàn) 感 性 ， 諧 振 器 與 負 載 串 聯(lián) 后,FL=FS1+C1/(C0+C1).激勵功率依賴性激勵功率偏小時， 信噪比下降， 諧振器不易起振， 其短期穩(wěn)定性和可靠性下降； 激勵功率偏大時諧振器中

18、晶片溫度上升， 頻率穩(wěn)定度下降， 且由于激勵功率偏大， 可能引起機械形變超過彈性限度使晶格產(chǎn)生永久位移， 甚至產(chǎn)生不振， 同時阻抗 上升，溫度頻差和溫度阻抗不穩(wěn)定。 半導(dǎo)體回路需要的正常工作激勵功率日益減 小，一般而言，諧振器的激勵功率以 0.1mw為佳。隨著激勵功率的上升，諧振器的頻率也不斷上升。寄生響應(yīng)所有的石英諧振器都有寄生響應(yīng) (主振頻率之外的非需要頻率) ，寄生響應(yīng)的 頻率值高于主振頻 率 ，但其 振 幅比主 振 頻率小。 寄生響 應(yīng)的大小用 公式 Anw=Ig(RNW/Rr) 表示。對于諧振器而言，通常寄生響應(yīng)的大小要求在 3-6DB， 而濾波器則要求大于40DB，這要求一些特殊的

19、技術(shù)參數(shù)包括具有很小的C1值。隨著頻率的上升和泛音次數(shù)的增加，寄生響應(yīng)減小。因此在應(yīng)用晶體諧振器時應(yīng)對其匹配的電容進行確認， 一般 IC 廠家都會在 給出典型電路的同時也給出晶體的規(guī)格及負載要求， 只不過雜散電容的影響會造 成頻率的漂移和相位的不穩(wěn)定， 所以晶體也要做出相應(yīng)的更改， 因此在使用前要 進行匹配測試，主要有幾個注意要點：1、激勵功率的確定， 在電路中 IC 提供給晶體的激勵大小直接影響到晶體工作的 穩(wěn)定性，激勵過大會導(dǎo)致晶體共振的破壞或蒸鍍電極的蒸發(fā)，頻率漂移或晶 體損壞；2、最佳電容值的確定，保證精確的頻率輸出；3、負性阻抗的測試，如果負阻過小，而晶體諧振阻抗偏大，則會造成晶體難

20、起 振或工作不穩(wěn)定，負阻至少要在晶體諧振阻抗的 5-10 倍以上。注：在應(yīng)用晶體諧振器時應(yīng)由生產(chǎn)廠家對其規(guī)格進行確認， 一般 IC 廠家都 會在給出典型電路的同時也給出晶體的規(guī)格及負載要求， 只不過雜散電容的影響 會造成頻率的漂移和相位的不穩(wěn)定， 所以晶體也要做出相應(yīng)的更改， 因此在使用 前要進行匹配測試，主要有幾個注意要點：4、激勵功率的確定，在電路中 IC 提供給晶體的激勵大小直接影響到晶體工作的 穩(wěn)定性，激勵過大會導(dǎo)致晶體共振的破壞或蒸鍍電極的蒸發(fā)，頻率漂移或晶 體損壞，對高頻激勵大晶體應(yīng)考慮泛音晶體；5、最佳電容值的確定，保證精確的頻率輸出；6、負性阻抗的測試，如果負阻過小，而晶體諧振

21、阻抗偏大，則會造成晶體難起 振或工作不穩(wěn)定，負阻至少要在晶體諧振阻抗的 5-10 倍以上。 了解今天的可編程振蕩器 內(nèi)容 知道它們的功能和應(yīng)用將令您更迅捷地評估及選用合適的可編程振蕩器 在加速產(chǎn)品開發(fā)周期和追求準時生產(chǎn)的時代， 定時就是一切。 對一個設(shè)計工程師 或項目開發(fā)工程師來說， 幾乎沒有什么事情比花六個星期等待一個樣機部件更令 人惱怒的了，或許更糟的是， 在緊張的生產(chǎn)過程中缺少一個關(guān)鍵部件， 而這個部 件恰好是晶體振蕩器。 說到可編程振蕩器，它的最大特點是幾分鐘內(nèi)就能定置它的頻率。這種 “一種型 號全部搞定 ”器件的誘惑力是可想而知的。以單個多用途部件代替庫存幾百種部 件的方式為設(shè)計者、

22、 承包加工廠和其它從事大批量生產(chǎn)的電子公司帶來巨大的靈 活性，并創(chuàng)造出潛在的節(jié)約效果。 但是，切實可行地實現(xiàn)可編程振蕩器替代固定頻率元件只不過是最近才出現(xiàn)的。 象每一種新興技術(shù)一樣， 可編程振蕩器也經(jīng)歷了成長的磨難。 一致性問題就曾困 擾了整整第一代設(shè)計產(chǎn)品。 1998 年，一家廠商風(fēng)風(fēng)火火地推出了第二代可編程 振蕩器，可由于過高的抖動使其在一些對噪聲敏感的應(yīng)用中失敗了。 幸虧關(guān)于可編程振蕩器可靠性的指責(zé)是完全不符合實際的， 除掉一些特例， 現(xiàn)在 的可編程振蕩器能滿足大多數(shù)樣機的需要， 適合大多數(shù)生產(chǎn)應(yīng)用。 了解下列內(nèi)容 將有助于各位工程師充分享用可編程振蕩器擁有的幾乎是即時交貨的時間優(yōu)勢，

23、并保證它能默默地、連續(xù)可靠地工作。把抖動困擾降到最小 可編程振蕩器幾乎在每一類、每一項技術(shù)規(guī)范上都能與固定頻率的器件相匹敵， 但抖動（相位噪聲）卻是個例外。可編程器件的抖動有一部份來源于編程過程， 或者更具體地說，來源于編程算法。當(dāng)算法中用到乘法時， 抖動值突然顯著增大， 這主要是因為抖動被乘上了編程算 法設(shè)置特定頻率時所用的系數(shù)。 雖然為了得到所要的振蕩器輸出頻率， 算法中通 常既需要用到乘法也需要用到除法， 但除法并不加大抖動。 通過把編程算法的乘 法系數(shù)減到最小，來自可編程器件的相位噪聲可以做到和傳統(tǒng)的固定頻率器件很 接近，這主要是晶體及振蕩器電路產(chǎn)生的抖動。SaRonix公司已規(guī)范了類

24、似的編程過程。保證可編程振蕩器的每件產(chǎn)品都具有穩(wěn) 定一致的性能一一這也同樣具有重要意義，Sa Ronix公司通過采用自動設(shè)計流程 以保證相同的編程算法用于有相同輸出頻率的所有部件。由于有了這樣的技術(shù)進步， 現(xiàn)在幾乎每個電路上都可采用可編程振蕩元件 甚 至可用于通信設(shè)備的某些電路中，例如， XDSL 調(diào)制解調(diào)器。雖然振蕩器可能影 響一個對抖動敏感的通信鏈路， 但就在同一塊電路板上， 也可能有一個由振蕩器 驅(qū)動的 DSP 芯片，這個芯片則完全不受抖動的影響。 由于自身研制周期短，這些可編程振蕩器能跟上保證設(shè)計計劃按期完成的日程。 盡管有這個靈活性， 但在大批量條件下， 固定頻率的器件仍然比較便宜。

25、 另一方 面，在進行樣機生產(chǎn)時，可編程器件要比固定頻率器件便宜。 因此，精明的戰(zhàn)略是制造樣機的時候在設(shè)計上采用可編程器件來驗證電路， 同時 還把可編程振蕩器作為生產(chǎn)后備部件。 隨著設(shè)計評價的完成， 再可以大量生產(chǎn)特 定的固定頻率器件以供批量使用。 憑借可編程器件可實現(xiàn)一種高效益的保險策略， 以解決生產(chǎn)中關(guān)鍵部件短缺的問 題。可編程振蕩器較短的研制周期使得生產(chǎn)部門能在大量訂購?fù)ǔＫ玫墓潭l 率元件之前先采辦替代部件， 這樣就無需支付額外費用， 只要在生產(chǎn)最后期限迫 近時迅速補充標(biāo)準部件就行了。雖然可編程振蕩器件不可能完全取代固定頻率振蕩器，但可編程的概念肯定有 足夠的優(yōu)點使得半導(dǎo)體生產(chǎn)商和主要

26、振蕩器生產(chǎn)公司不會放棄它的。有理由相 信，它的性能和價格將一代一代地得到改善。伴隨著抖動特性改善、 價格進一步降低，新的優(yōu)點將會使可編程器件更有吸引力。 一種節(jié)電的休眠模式 對依賴電池的移動設(shè)備至關(guān)重要 已經(jīng)出現(xiàn)在可以 供應(yīng)現(xiàn)貨的產(chǎn)品目錄上。 一些其它特性諸如頻率范圍的擴展、 可編程的雙路輸出 和多路輸出以及更大選擇范圍的輸出驅(qū)動特性， 都將大大提高生產(chǎn)、 設(shè)計的靈活 性。理智的態(tài)度應(yīng)該是對于可編程振蕩器是否能在每個場合都起作用不抱成見， 另 方面，為了確定可編程振蕩器能在什么地方有效地發(fā)揮作用， 應(yīng)該特別注意它們 在每一個電路中的應(yīng)用。 在進行設(shè)計的時候就判斷這個應(yīng)用是不是對抖動過于敏 感，

27、同時選定一個可編程振蕩器， 這種方式將有助于一個工程師最大限度發(fā)揮可 編程振蕩器的長處，實現(xiàn)當(dāng)初選用它的初衷。石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻 率由石英晶體諧振器決定。與 LC 諧振回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標(biāo) 準性和極高的品質(zhì)因數(shù)， 因此石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度， 采用高精 度和穩(wěn)頻措施后，石英晶體振蕩器可以達到 10-410-9 的頻率穩(wěn)定度。石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩器之所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度，由第 2 章可知，是由于石 英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性，具體表現(xiàn)為：（1）石英晶體諧振器具有很高

28、的標(biāo)準性。 石英晶體振蕩器的振蕩頻率主要 由于石英晶體諧振器的諧振頻率決定。石英晶體的串聯(lián)諧振頻率 fq 主要取決于 晶片的尺寸， 石英晶體的物理性能和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定， 它的尺寸受外界條件 如溫度、濕度等影響很小，因而其等效電路的 Lq、 Cq 值很穩(wěn)定，使得 fq 很穩(wěn) 定。（2）石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù) p 很小，一般為 10-310-4。這大大減弱了有源器件的極間電容等參數(shù)和外電路中不穩(wěn)定因素對石英晶體振 蕩器決定頻率振蕩系統(tǒng)的影響。（3）石英晶體諧振器具有非常高的 Q值。Q值一般為104106，與Q值僅 為幾百數(shù)量級的普通LC回路相比，其Q值極高，維持振蕩頻率穩(wěn)定不變的能

29、力 極強。晶體振蕩器電路晶體振蕩器的電路類型很多，但根據(jù)晶體在電路中的作用，可以將晶體振蕩器歸 為兩大類：并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。 在并聯(lián)型晶體振蕩器中，晶 體起等效電感的作用，它和其它電抗元件組成決定頻率的并聯(lián)諧振回路與晶體管 相連。由晶體的阻抗頻率特性可知，并聯(lián)型晶體振蕩器的振蕩頻率在石英晶體諧 振器的fq與fp之間；在串聯(lián)型晶體振蕩器中，振蕩器工作在鄰近fq處，晶體以 低阻抗接入電路，即晶體起選頻短路線的作用。兩類電路都可以利用基頻晶體或 泛音晶體。1 并聯(lián)型晶體振蕩器圖1示出了一種典型的晶體振蕩器電路，當(dāng)振蕩器的頻率在晶體的串聯(lián)諧振 頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時晶體呈感性，該電

30、路滿足三端式振蕩器的組成原則， 而且該電路與電容反饋的振蕩器對應(yīng)，通常稱為皮爾斯振蕩器。C3起到微調(diào)振蕩頻率的作用，同時也起到減小晶體管和晶體之間的耦合作用。Cl、C2既是回路一部分，也是反饋電路。皮爾斯振蕩器的工作頻率應(yīng)由 Cl、C2、C3及晶體構(gòu)成的回路決定，即由晶 體電抗Xe與外部電容相等的條件決定，設(shè)外部電容為Cl，則Xe1-iCl式（1）由圖有式（2）1111=r r CL C1 C2 C3將式（1）用圖形表示為圖2的情形。圖中有兩個交點，靠近晶體串聯(lián)頻率3 q附近的3 1是穩(wěn)定工作點。當(dāng)3 1靠近3 q時，由圖2，電抗Xe與忽略晶體損耗 時的晶體電抗很接近，因此振蕩頻率f1等于包括

31、并聯(lián)電容Cl在內(nèi)的并聯(lián)諧振頻 率。因Cl實際與晶體靜電容并聯(lián)，因此只要引入一等效接入系數(shù)pCqCl Co CqCqClCo則由前面并聯(lián)諧振頻率公式可得由上式可見，改變 Cl可以微調(diào)振蕩頻率。通常電路中 C3W Ci, C2, Cl主要由 C3決定，實際電路中用與晶體串一小電容 C3來微調(diào)振蕩頻率。通常，晶體制造 廠家為便利用戶，對用于并聯(lián)型電路的晶體，規(guī)定一標(biāo)準的負載電容Cl，可以將振蕩頻率調(diào)整到晶體標(biāo)稱頻率上。在幾兆赫茲至幾十兆赫茲范圍，一般Cl規(guī)定為30Pf。、反饋系數(shù)F的大小為CiC2（5）由于晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很咼，故其并聯(lián)諧振電阻Ro也很咼，雖然接入系數(shù) p較小，但等效到晶體管CE兩

32、端的阻抗Rl仍較高，所以放大器的增益較高，電 路很容易滿足振幅起振條件。圖3是并聯(lián)型晶體振蕩器的實際電路，其適宜的工 作頻率范圍為0.8515MHz。如圖4示出了另一種并聯(lián)型晶體振蕩器電路， 該電路晶體接在基極和發(fā)射極 之間，只要晶體呈現(xiàn)感性，該電路即滿足三端式振蕩器的組成原則， 且電路類似 于電感反饋的振蕩器，又稱為密勒振蕩器。由于晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)， 降低了有載品質(zhì)因數(shù)Ql，故密勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度較低。由于皮爾斯振蕩器的頻率穩(wěn)定度比密勒振蕩器高，故實際應(yīng)用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率較高時可以采用泛音晶體構(gòu)成。圖5給出了一種應(yīng) 用泛音晶體構(gòu)成的皮爾斯振蕩電路。 圖中L

33、、Ci構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路是用以破壞 基頻和低次泛音的相位條件，使振蕩器工作在設(shè)定的泛音頻率上。 如電路需要工 作在5次泛音頻率上，應(yīng)使L、Ci構(gòu)成的并聯(lián)回路的諧振頻率低于 5次泛音頻率， 但高于所要抑制的3次泛音頻率，這樣對低于工作頻率的低泛音頻率來說，L、Ci并聯(lián)回路呈現(xiàn)一感性，不能滿足三端式振蕩器的組成原則，電路不能振蕩， 但工作在所需的5次泛音上時，L、Ci并聯(lián)回路就呈現(xiàn)容性，滿足三端式的組成 原則，電路能工作。需要注意的是，并聯(lián)型晶體振蕩器電路工作的泛音不能太高， 一般為3、5、7次，高泛音振蕩時，由于接入系數(shù)的降低，等效到晶體管輸出端 的負載電阻將下降，使放大器增益減小，振蕩器停振。

34、圖6是一場效應(yīng)管晶體并聯(lián)型振蕩器線路，晶體等效成一感性，構(gòu)成一等效 的電容反饋振蕩器。2串聯(lián)型晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點之間，通常接在 反饋電路中。圖7示出了一串聯(lián)型晶體振蕩器的實際線路和等效電路。 由圖可見， 如果將晶體短路，該電路即為一電容反饋的振蕩器。 電路的工作原理為：當(dāng)回路 的諧振頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率時， 晶體的阻抗最小，近似為一短路線，電 路滿足相位條件和振幅條件，故能正常工作；當(dāng)回路的諧振頻率距串聯(lián)諧振頻率 較遠時，晶體的阻抗增大，使反饋減弱，從而使電路不能滿足振幅條件，電路不 能工作。串聯(lián)型晶體振蕩器的工作頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率，

35、不需要外加負載電容 Cl,通常這種晶體標(biāo)明其負載電容為無窮大，在實際制作 中，若 fq 有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。串聯(lián)型晶體振蕩器能適應(yīng)高次泛音工作， 這是由于晶體只起到控制頻率的作 用，對回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。3使用注意事項 使用石英晶體諧振器時應(yīng)注意以下幾點：（1）石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前，在石英晶體諧振器上并接 一定負載電容條件下測定的， 實際使用時也必須外加負載電容， 并經(jīng)微調(diào)后才能 獲得標(biāo)稱頻率。為了保持晶振的高穩(wěn)定性， 負載電容應(yīng)采用精度較高的微調(diào)電容。（2）石英晶體諧振器的激勵電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。過高的激勵功率會使石 英晶體諧振器內(nèi)部溫度升高， 使石英晶片的老化效應(yīng)和頻率漂移增大， 嚴重時還 會使