晶體應(yīng)用培訓(xùn)材料

1、晶體應(yīng)用用基礎(chǔ)知知識(shí)石英晶體體振蕩器器是高精精度和高高穩(wěn)定度度的振蕩蕩器，被被廣泛應(yīng)應(yīng)用于彩彩電、計(jì)計(jì)算機(jī)、遙控器器等各類類振蕩電電路中，以以及通信信系統(tǒng)中中用于頻頻率發(fā)生生器、為為數(shù)據(jù)處處理設(shè)備備產(chǎn)生時(shí)時(shí)鐘信號(hào)號(hào)和為特特定系統(tǒng)統(tǒng)提供基基準(zhǔn)信號(hào)號(hào)。一一、石英英晶體振振蕩器的的基本原原理11、石英英晶體振振蕩器的的結(jié)構(gòu)石英晶晶體振蕩蕩器是利利用石英英晶體（二二氧化硅硅的結(jié)晶晶體）的的壓電效效應(yīng)制成成的一種種諧振器器件，它它的基本本構(gòu)成大大致是：從一塊塊石英晶晶體上按按一定方方位角切切下薄片片（簡(jiǎn)稱稱為晶片片，它可可以是正正方形、矩形或或圓形等等），在在它的兩兩個(gè)對(duì)應(yīng)應(yīng)面上涂涂敷銀層層作為電電極，

2、在在每個(gè)電電極上各各焊一根根引線接接到管腳腳 上，再再加上封封裝外殼殼就構(gòu)成成了石英英晶體諧諧振器，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱為石石英晶體體或晶體體、晶振振。其產(chǎn)產(chǎn)品一般般用金屬屬外殼封封裝，也也有用玻玻璃殼、陶瓷或或塑料封封裝的。2、壓電電效應(yīng)若在石石英晶體體的兩個(gè)個(gè)電極上上加一電電場(chǎng)，晶晶片就會(huì)會(huì)產(chǎn)生機(jī)機(jī)械變形形。反之之，若在在晶片的的兩側(cè)施施加機(jī)械械壓力，則則在晶片片相應(yīng)的的方向上上將產(chǎn)生生電場(chǎng)，這這種物理理現(xiàn)象稱稱為壓電電效應(yīng)。如果在在晶片的的兩極上上加交變變電壓，晶晶片就會(huì)會(huì)產(chǎn)生機(jī)機(jī)械振動(dòng)動(dòng)，同時(shí)時(shí)晶片的的機(jī)械振振動(dòng)又會(huì)會(huì)產(chǎn)生交交變電場(chǎng)場(chǎng)。在一一般情況況下，晶晶片機(jī)械械振動(dòng)的的振幅和和交變電電場(chǎng)的振振幅

3、非常常微小，但但當(dāng)外加加交變電電壓的頻頻率為某某一特定定值時(shí)，振振幅明顯顯加大，比比其他頻頻率下的的振幅大大得多，這這種現(xiàn)象象稱為壓壓電諧振振，它與與LC回回路的諧諧振現(xiàn)象象十分相相似。它它的諧振振頻率與與晶片的的切割方方式、幾幾何形狀狀、尺寸寸等有關(guān)關(guān)。33、符號(hào)號(hào)和等效效電路石英晶晶體諧振振器的符符號(hào)和等等效電路路如圖22所示。當(dāng)晶體體不振動(dòng)動(dòng)時(shí)，可可把它看看成一個(gè)個(gè)平板電電容器稱稱為靜電電電容CC，它的的大小與與晶片的的幾何尺尺寸、電電極面積積有關(guān)，一一般約幾幾個(gè)PFF到幾十十PF。當(dāng)晶體體振蕩時(shí)時(shí)，機(jī)械械振動(dòng)的的慣性可可用電感感L來等等效。一一般L的的值為幾幾十mHH 到幾幾百mHH。

4、晶片片的彈性性可用電電容C來來等效，CC的值很很小，一一般只有有0.0000220.1pFF。晶片片振動(dòng)時(shí)時(shí)因摩擦擦而造成成的損耗耗用R來來等效，它它的數(shù)值值約為1100。由于于晶片的的等效電電感很大大，而CC很小，RR也小，因因此回路路的品質(zhì)質(zhì)因數(shù)QQ很大，可可達(dá)10000100000。加上晶晶片本身身的諧振振頻率基基本上只只與晶片片的切割割方式、幾何形形狀、尺尺寸有關(guān)關(guān)，而且且可以做做得精確確，因此此利用石石英諧振振器組成成的振蕩蕩電路可可獲得很很高的頻頻率穩(wěn)定定度。4、諧振振頻率從石英英晶體諧諧振器的的等效電電路可知知，它有有兩個(gè)諧諧振頻率率，即（11）當(dāng)LL、C、R支路路發(fā)生串串聯(lián)諧振

5、振時(shí)，它它的等效效阻抗最最?。ǖ鹊扔赗）。串聯(lián)揩揩振頻率率用fss表示，石石英晶體體對(duì)于串串聯(lián)揩振振頻率ffs呈純純阻性，（22）當(dāng)頻頻率高于于fs時(shí)時(shí)L、CC、R支支路呈感感性，可可與電容容C。發(fā)發(fā)生并聯(lián)聯(lián)諧振，其其并聯(lián)頻頻率用ffd表示示。根根據(jù)石英英晶體的的等效電電路，可可定性畫畫出它的的電抗頻率特特性曲線線如圖22e所示示?？梢娨姰?dāng)頻率率低于串串聯(lián)諧振振頻率ffs或者者頻率高高于并聯(lián)聯(lián)揩振頻頻率fdd時(shí)，石石英晶體體呈容性性。僅在在fsfffd極窄窄的范圍圍內(nèi)，石石英晶體體呈感性性。二二、石英英晶體振振蕩器類類型特點(diǎn)點(diǎn)石英英晶體振振蕩器是是由品質(zhì)質(zhì)因素極極高的石石英晶體體振子（即即諧振

6、器器和振蕩蕩電路組組成。晶晶體的品品質(zhì)、切切割取向向、晶體體振子的的結(jié)構(gòu)及及電路形形式等，共共同決定定振蕩器器的性能能。國際際電工委委員會(huì)（IIEC）將將石英晶晶體振蕩蕩器分為為4類：普通晶晶體振蕩蕩（SPPXO），電電壓控制制式晶體體振蕩器器（VCCXO），溫溫度補(bǔ)償償式晶體體振蕩（TTCXOO），恒恒溫控制制式晶體體振蕩（OOCXOO）。目目前發(fā)展展中的還還有數(shù)字字補(bǔ)償式式晶體振振蕩器（DCCXO）等等。普普通晶體體振蕩器器（SPPXO）可可產(chǎn)生110(-5)100(-4)量量級(jí)的頻頻率精度度，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率111000MHHZ，頻頻率穩(wěn)定定度是1000ppmm。SPPXO沒沒有采用用任何溫溫

7、度頻率率補(bǔ)償措措施，價(jià)價(jià)格低廉廉，通常常用作微微處理器器的時(shí)鐘鐘器件。封裝尺尺寸范圍圍從2111446mmm及553.211.5mmm。電壓控控制式晶晶體振蕩蕩器（VVCXOO）的精精度是110(-6)100(-5)量量級(jí)，頻頻率范圍圍1330MHHz。低低容差振振蕩器的的頻率穩(wěn)穩(wěn)定度是是500ppmm。通常常用于鎖鎖相環(huán)路路。封裝裝尺寸11411033mm。溫度度補(bǔ)償式式晶體振振蕩器（TTCXOO）采用用溫度敏敏感器件件進(jìn)行溫溫度頻率率補(bǔ)償，頻頻率精度度達(dá)到110(-7)100(-6)量量級(jí)，頻頻率范圍圍1660MHHz，頻頻率穩(wěn)定定度為12.55ppmm，封裝裝尺寸從從303015mmm至

8、111.449.633.9mmm。通通常用于于手持電電話、蜂蜂窩電話話、雙向向無線通通信設(shè)備備等。恒溫控控制式晶晶體振蕩蕩器（OOCXOO）將晶晶體和振振蕩電路路置于恒恒溫箱中中，以消消除環(huán)境境溫度變變化對(duì)頻頻率的影影響。OOCXOO頻率精精度是110(-100)至110(-8)量級(jí)，對(duì)對(duì)某些特特殊應(yīng)用用甚至達(dá)達(dá)到更高高。頻率率穩(wěn)定度度在四種種類型振振蕩器中中最高。三、石英晶晶體振蕩蕩器的主主要參數(shù)數(shù)晶振振的主要要參數(shù)有有標(biāo)稱頻頻率，負(fù)負(fù)載電容容、頻率率精度、頻率穩(wěn)穩(wěn)定度等等。不同同的晶振振標(biāo)稱頻頻率不同同，標(biāo)稱稱頻率大大都標(biāo)明明在晶振振外殼上上。如常常用普通通晶振標(biāo)標(biāo)稱頻率率有：448kHH

9、z、5500 kHzz、5003.55 kHHz、11MHzz400.500 MHHz等，對(duì)對(duì)于特殊殊要求的的晶振頻頻率可達(dá)達(dá)到10000 MHzz以上，也也有的沒沒有標(biāo)稱稱頻率，如如CRBB、ZTTB、JJa等系系列。負(fù)負(fù)載電容容是指晶晶振的兩兩條引線線連接IIC塊內(nèi)內(nèi)部及外外部所有有有效電電容之和和，可看看作晶振振片在電電路中串串接電容容。負(fù)載載頻率不不同決定定振蕩器器的振蕩蕩頻率不不同。標(biāo)標(biāo)稱頻率率相同的的晶振，負(fù)負(fù)載電容容不一定定相同。因?yàn)槭⒕w體振蕩器器有兩個(gè)個(gè)諧振頻頻率，一一個(gè)是串串聯(lián)揩振振晶振的的低負(fù)載載電容晶晶振：另另一個(gè)為為并聯(lián)揩揩振晶振振的高負(fù)負(fù)載電容容晶振。所以，標(biāo)標(biāo)

10、稱頻率率相同的的晶振互互換時(shí)還還必須要要求負(fù)載載電容一一致，不能能冒然互互換，否否則會(huì)造造成電器器工作不不正常。頻率精精度和頻頻率穩(wěn)定定度：由由于普通通晶振的的性能基基本都能能達(dá)到一一般電器器的要求求，對(duì)于于高檔設(shè)設(shè)備還需需要有一一定的頻頻率精度度和頻率率穩(wěn)定度度。頻率率精度從從10(-44)量級(jí)級(jí)到100(-10)量級(jí)不不等。穩(wěn)穩(wěn)定度從從1到到1000pppm不等等。這要要根據(jù)具具體的設(shè)設(shè)備需要要而選擇擇合適的的晶振，如如通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，無無線數(shù)據(jù)據(jù)傳輸?shù)鹊认到y(tǒng)就就需要更更高要求求的石英英晶體振振蕩器。因此，晶晶振的參參數(shù)決定定了晶振振的品質(zhì)質(zhì)和性能能。在實(shí)實(shí)際應(yīng)用用中要根根據(jù)具體體要求選選擇適

11、當(dāng)當(dāng)?shù)木д裾瘢虿徊煌阅苣艿木д裾衿鋬r(jià)格格不同，要要求越高高價(jià)格也也越貴，一一般選擇擇只要滿滿足要求求即可。四、石英晶晶體振蕩蕩器的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)1、小型化化、薄片片化和片片式化：為滿足足移動(dòng)電電話為代代表的便便攜式產(chǎn)產(chǎn)品輕、薄、短短小的要要求，石石英晶體體振蕩器器的封裝裝由傳統(tǒng)統(tǒng)的裸金金屬外殼殼覆塑料料金屬向向陶瓷封封裝轉(zhuǎn)變變。例如如TCXXO這類類器件的的體積縮縮小了3301100倍倍。采用用SMDD封裝的的TCXXO厚度度不足22mm，目目前53mmm尺寸的的器件已已經(jīng)上市市。22、高精精度與高高穩(wěn)定度度，目前前無補(bǔ)償償式晶體體振蕩器器總精度度也能達(dá)達(dá)到225pppm，VVCXOO的頻率

12、率穩(wěn)定度度在100700范圍內(nèi)內(nèi)一般可可達(dá)2201100pppm，而而OCXXO在同同一溫度度范圍內(nèi)內(nèi)頻率穩(wěn)穩(wěn)定度一一般為0.0000115pppm，VVCXOO控制在在255ppmm以下。3、低噪聲聲，高頻頻化，在在GPSS通信系系統(tǒng)中是是不允許許頻率顫顫抖的，相相位噪聲聲是表征征振蕩器器頻率顫顫抖的一一個(gè)重要要參數(shù)。目前OOCXOO主流產(chǎn)產(chǎn)品的相相位噪聲聲性能有有很大改改善。除除VCXXO外，其其它類型型的晶體體振蕩器器最高輸輸出頻率率不超過過2000MHzz。例如如用于GGSM等等移動(dòng)電電話的UUCV44系列壓壓控振蕩蕩器，其其頻率為為650017700 MHzz，電源源電壓22.23.

13、33V，工工作電流流8110mAA。44、低功功能，快快速啟動(dòng)動(dòng)，低電電壓工作作，低電電平驅(qū)動(dòng)動(dòng)和低電電流消耗耗已成為為一個(gè)趨趨勢(shì)。電電源電壓壓一般為為3.33V。目目前許多多TCXXO和VVCXOO產(chǎn)品，電電流損耗耗不超過過2 mmA。石石英晶體體振蕩器器的快速速啟動(dòng)技技術(shù)也取取得突破破性進(jìn)展展。例如如日本精精工生產(chǎn)產(chǎn)的VGG23320SSC型VVCXOO，在0.11ppmm規(guī)定值值范圍條條件下，頻頻率穩(wěn)定定時(shí)間小小于4mms。日日本東京京陶瓷公公司生產(chǎn)產(chǎn)的SMMD TTCXOO，在振振蕩啟動(dòng)動(dòng)4mss后則可可達(dá)到額額定值的的90%。OAAK公司司的100255 MHHz的OOCXOO產(chǎn)品，

14、在在預(yù)熱55分鐘后后，則能能達(dá)到0.001 pppm的的穩(wěn)定度度。五五、石英英晶體振振蕩器的的應(yīng)用1、石石英鐘走走時(shí)準(zhǔn)、耗電省省、經(jīng)久久耐用為為其最大大優(yōu)點(diǎn)。不論是是老式石石英鐘或或是新式式多功能能石英鐘鐘都是以以石英晶晶體振蕩蕩器為核核心電路路，其頻頻率精度度決定了了電子鐘鐘表的走走時(shí)精度度。石英英晶體振振蕩器原原理的示示意如圖圖3所示示，其中中V1和和V2構(gòu)構(gòu)成CMMOS反反相器石石英晶體體Q與振振蕩電容容C1及及微調(diào)電電容C22構(gòu)成振振蕩系統(tǒng)統(tǒng)，這里里石英晶晶體相當(dāng)當(dāng)于電感感。振蕩蕩系統(tǒng)的的元件參參數(shù)確定定了振頻頻率。一一般Q、C1及及C2均均為外接接元件。另外RR1為反反饋電阻阻，R2

15、2為振蕩蕩的穩(wěn)定定電阻，它它們都集集成在電電路內(nèi)部部。故無無法通過過改變CC1或CC2的數(shù)數(shù)值來調(diào)調(diào)整走時(shí)時(shí)精度。但此時(shí)時(shí)我們?nèi)匀钥捎眉蛹咏右恢恢浑娙軨C有方法法，來改改變振蕩蕩系統(tǒng)參參數(shù)，以以調(diào)整走走時(shí)精度度。根據(jù)據(jù)電子鐘鐘表走時(shí)時(shí)的快慢慢，調(diào)整整電容有有兩種接接法：若若走時(shí)偏偏快，則則可在石石英晶體體兩端并并接電容容C，如如圖4所所示。此此時(shí)系統(tǒng)統(tǒng)總電容容加大，振振蕩頻率率變低，走走時(shí)減慢慢。若走走時(shí)偏慢慢，則可可在晶體體支路中中串接電電容C。如圖55所示。此時(shí)系系統(tǒng)的總總電容減減小，振振蕩頻率率變高，走走時(shí)增快快。只要要經(jīng)過耐耐心的反反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)，就可可以調(diào)整整走時(shí)精精度。因因此，晶晶振可

16、用用于時(shí)鐘鐘信號(hào)發(fā)發(fā)生器。2、隨著著電視技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，近近來彩電電多采用用5000kHzz或5003 kkHz的的晶體振振蕩器作作為行、場(chǎng)電路路的振蕩蕩源，經(jīng)經(jīng)1/33的分頻頻得到 156625HHz的行行頻，其其穩(wěn)定性性和可靠靠性大為為提高。面且晶晶振價(jià)格格便宜，更更換容易易。33、在通通信系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)品中中，石英英晶體振振蕩器的的價(jià)值得得到了更更廣泛的的體現(xiàn)，同同時(shí)也得得到了更更快的發(fā)發(fā)展。許許多高性性能的石石英晶振振主要應(yīng)應(yīng)用于通通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、無線線數(shù)據(jù)傳傳輸、高高速數(shù)字字?jǐn)?shù)據(jù)傳傳輸?shù)?。晶體諧振振器簡(jiǎn)介介石英晶體體原理介介紹：石英晶體體的工作作原理：壓電效應(yīng)應(yīng)：沿某些晶晶體的特特定方向向施加

17、壓壓應(yīng)力作作用時(shí)，晶晶體產(chǎn)生生形變，同同時(shí)產(chǎn)生生電極化化，其極極化強(qiáng)度度與壓力力成正比比，稱之之為正壓壓電效應(yīng)應(yīng)；反之之，在電電場(chǎng)作用用下，晶晶體產(chǎn)生生應(yīng)變，應(yīng)應(yīng)變大小小與場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)成正比比，稱之之為負(fù)壓壓電效應(yīng)應(yīng)。壓電電效應(yīng)的的原理是是：外力力作用下下晶格變變形引起起正負(fù)電電荷中心心分離而而產(chǎn)生的的。施加加應(yīng)力時(shí)時(shí)，在一一個(gè)方向向上產(chǎn)生生脈沖電電流，取取消時(shí)，在在相反方方向產(chǎn)生生。2穩(wěn)頻頻原理： 石石英晶片片是彈性性體，有有其固有有頻率，同同時(shí)又由由于其為為壓電體體，當(dāng)外外加電場(chǎng)場(chǎng)的交變變頻率與與石英晶晶片的固固有頻率率相接近近時(shí)，由由于負(fù)壓壓電效應(yīng)應(yīng)，石英英晶片產(chǎn)產(chǎn)生機(jī)械械諧振，此此時(shí)振幅幅最

18、大，阻阻抗最小小,電流流最大。若外加加交變電電場(chǎng)的頻頻率偏離離石英晶晶片的固固有頻率率時(shí)，阻阻抗迅速速增大,電流也也隨之迅迅速減小小,故其其有很好好的穩(wěn)頻頻(對(duì)頻頻率的選選擇)作作用。5諧振振等效工工作電路路： 石石英晶片片經(jīng)過被被電極，上上架、封封裝即成成為壓電電諧振器器。當(dāng)外外加電場(chǎng)場(chǎng)的交變變頻率與與石英晶晶片的固固有頻率率相接近近,且外外加電壓壓的角頻頻率等于石石英機(jī)械械振動(dòng)的的固有諧諧振角頻頻率時(shí)(取取決于石石英晶體體的幾何何尺寸和和切型),晶片片產(chǎn)生機(jī)機(jī)械諧振振，彈性性振動(dòng)通通過壓電電效應(yīng)與與路相耦耦合,其其效果等等于由LL1，CC1，RR1的串串聯(lián)臂和和C0并并聯(lián)組成成的諧振振回路

19、。此時(shí)機(jī)機(jī)械振動(dòng)動(dòng)的幅度度最大，相相應(yīng)地晶晶體表面面所產(chǎn)生生的電荷荷量最大大，外電電路中電電流最大大。石英晶體體的使用用：石英晶體體諧振器器的使用用回路： 在在振蕩電電路中，石石英晶體體諧振器器作為電電感使用用，與負(fù)負(fù)載電容容構(gòu)成實(shí)實(shí)質(zhì)上的的LC振振蕩電路路，這一一電路稱稱為哈特特萊電路路。振蕩電路路的起振振條件電路相應(yīng)應(yīng)構(gòu)成1正反饋條條件：相相位角為為3600O，產(chǎn)生生正反饋饋回路振蕩電路路為哈特特萊電路路2起振時(shí)，放放大器的的放大倍倍數(shù)11反饋回路路，諧振振器作為為電感，與與負(fù)載電電容構(gòu)成成LC路路3有選頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)選頻元件件為諧振振器4有由非線線性元器器件組成成的限幅幅電路負(fù)阻抗-R 在在第

20、一個(gè)個(gè)起振條條件中,由于諧諧振回路路不是理理想矩形形,故存存在不均均勻性,具有一一定頻帶帶的信號(hào)號(hào)作用于于回路時(shí)時(shí),回路路的電流流或回路路端電壓壓頻率失失真(在在通頻帶帶范圍內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的的頻率失失真被認(rèn)認(rèn)為是允允許的).同樣樣,由于于回路的的電流或或端電壓壓對(duì)各個(gè)個(gè)頻率分分量產(chǎn)生生的相位位移不成成線性關(guān)關(guān)系,故故不可避避免地產(chǎn)產(chǎn)生相位位失真,這是諧諧振回路路的相頻頻特性,此特性性不僅僅僅與諧振振器條件件有關(guān)，還還與振蕩蕩電路本本身有關(guān)關(guān)。負(fù)載電容容特性：諧振器工工作頻率率范圍：串聯(lián)時(shí),L1和和C1的的電抗值值相等且且符號(hào)相相反。FFs=(11/2)*(L1*C1)1/22.只有有在Fss和Fpp

21、之間的的陰影區(qū)區(qū)，諧振振器方表表現(xiàn)為感感性，可可組成振振蕩回路路。振蕩電路路是等效效電路是是由負(fù)阻阻抗-RR和電容容CL構(gòu)構(gòu)成的，CCL是由由石英晶晶體諧振振器兩端端向振蕩蕩器看的的有效電電容量，通通常稱為為負(fù)載電電容。Fs和FFp之間間的間隔隔代表石石英諧振振器的可可調(diào)帶寬寬,通過過CL可可使晶體體工作在在Fs和Fpp之間的的某一點(diǎn),諧振器器在這一一區(qū)域呈呈現(xiàn)感性性，諧振振器與負(fù)負(fù)載串聯(lián)聯(lián)后,FFL=FFS11+CC1/(C0+C1).3.激勵(lì)勵(lì)功率依依賴性 激勵(lì)勵(lì)功率偏偏小時(shí)，信信噪比下下降，諧諧振器不不易起振振，其短短期穩(wěn)定定性和可可靠性下下降；激激勵(lì)功率率偏大時(shí)時(shí)諧振器器中晶片片溫度上

22、上升，頻頻率穩(wěn)定定度下降降，且由由于激勵(lì)勵(lì)功率偏偏大，可可能引起起機(jī)械形形變超過過彈性限限度使晶晶格產(chǎn)生生永久位位移，甚甚至產(chǎn)生生不振，同同時(shí)阻抗抗上升，溫溫度頻差差和溫度度阻抗不不穩(wěn)定。半導(dǎo)體體回路需需要的正正常工作作激勵(lì)功功率日益益減小，一一般而言言，諧振振器的激激勵(lì)功率率以0.1mww為佳。 隨著激激勵(lì)功率率的上升升，諧振振器的頻頻率也不不斷上升升。4.寄生生響應(yīng) 所所有的石石英諧振振器都有有寄生響響應(yīng)（主主振頻率率之外的的非需要要頻率），寄寄生響應(yīng)應(yīng)的頻率率值高于于主振頻頻率，但但其振幅幅比主振振頻率小小。寄生生響應(yīng)的的大小用用公式AAnw=Ig(RNWW/Rrr)表示示。對(duì)于于諧振器

23、器而言，通通常寄生生響應(yīng)的的大小要要求在33-6DDB，而而濾波器器則要求求大于440DB，這這要求一一些特殊殊的技術(shù)術(shù)參數(shù)包包括具有有很小的的C1值值。 隨隨著頻率率的上升升和泛音音次數(shù)的的增加，寄寄生響應(yīng)應(yīng)減小。因此在應(yīng)應(yīng)用晶體體諧振器器時(shí)應(yīng)對(duì)對(duì)其匹配配的電容容進(jìn)行確確認(rèn)，一一般ICC廠家都都會(huì)在給給出典型型電路的的同時(shí)也也給出晶晶體的規(guī)規(guī)格及負(fù)負(fù)載要求求，只不不過雜散散電容的的影響會(huì)會(huì)造成頻頻率的漂漂移和相相位的不不穩(wěn)定，所所以晶體體也要做做出相應(yīng)應(yīng)的更改改，因此此在使用用前要進(jìn)進(jìn)行匹配配測(cè)試，主主要有幾幾個(gè)注意意要點(diǎn)：激勵(lì)功率率的確定定，在電電路中IIC提供供給晶體體的激勵(lì)勵(lì)大小直直接

24、影響響到晶體體工作的的穩(wěn)定性性，激勵(lì)勵(lì)過大會(huì)會(huì)導(dǎo)致晶晶體共振振的破壞壞或蒸鍍鍍電極的的蒸發(fā)，頻頻率漂移移或晶體體損壞；最佳電容容值的確確定，保保證精確確的頻率率輸出；負(fù)性阻抗抗的測(cè)試試，如果果負(fù)阻過過小，而而晶體諧諧振阻抗抗偏大，則則會(huì)造成成晶體難難起振或或工作不不穩(wěn)定，負(fù)負(fù)阻至少少要在晶晶體諧振振阻抗的的5-110倍以以上。注：在應(yīng)應(yīng)用晶體體諧振器器時(shí)應(yīng)由由生產(chǎn)廠廠家對(duì)其其規(guī)格進(jìn)進(jìn)行確認(rèn)認(rèn)，一般般IC廠廠家都會(huì)會(huì)在給出出典型電電路的同同時(shí)也給給出晶體體的規(guī)格格及負(fù)載載要求，只只不過雜雜散電容容的影響響會(huì)造成成頻率的的漂移和和相位的的不穩(wěn)定定，所以以晶體也也要做出出相應(yīng)的的更改，因因此在使使用

25、前要要進(jìn)行匹匹配測(cè)試試，主要要有幾個(gè)個(gè)注意要要點(diǎn)：激勵(lì)功率率的確定定，在電電路中IIC提供供給晶體體的激勵(lì)勵(lì)大小直直接影響響到晶體體工作的的穩(wěn)定性性，激勵(lì)勵(lì)過大會(huì)會(huì)導(dǎo)致晶晶體共振振的破壞壞或蒸鍍鍍電極的的蒸發(fā)，頻頻率漂移移或晶體體損壞，對(duì)對(duì)高頻激激勵(lì)大晶晶體應(yīng)考考慮泛音音晶體；最佳電容容值的確確定，保保證精確確的頻率率輸出；負(fù)性阻抗抗的測(cè)試試，如果果負(fù)阻過過小，而而晶體諧諧振阻抗抗偏大，則則會(huì)造成成晶體難難起振或或工作不不穩(wěn)定，負(fù)負(fù)阻至少少要在晶晶體諧振振阻抗的的5-110倍以以上。了解今天天的可編編程振蕩蕩器內(nèi)容 -知道它它們的功功能和應(yīng)應(yīng)用將令令您更迅迅捷地評(píng)評(píng)估及選選用合適適的可編編程振

26、蕩蕩器 在在加速產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)發(fā)周期和和追求準(zhǔn)準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)的時(shí)代代，定時(shí)時(shí)就是一一切。對(duì)對(duì)一個(gè)設(shè)設(shè)計(jì)工程程師或項(xiàng)項(xiàng)目開發(fā)發(fā)工程師師來說，幾幾乎沒有有什么事事情比花花六個(gè)星星期等待待一個(gè)樣樣機(jī)部件件更令人人惱怒的的了，或或許更糟糟的是，在在緊張的的生產(chǎn)過過程中缺缺少一個(gè)個(gè)關(guān)鍵部部件，而而這個(gè)部部件恰好好是晶體體振蕩器器。 說說到可編編程振蕩蕩器，它它的最大大特點(diǎn)是是幾分鐘鐘內(nèi)就能能定置它它的頻率率。這種種“一種種型號(hào)全全部搞定定”器件件的誘惑惑力是可可想而知知的。以以單個(gè)多多用途部部件代替替庫存幾幾百種部部件的方方式為設(shè)設(shè)計(jì)者、承包加加工廠和和其它從從事大批批量生產(chǎn)產(chǎn)的電子子公司帶帶來巨大大的靈活活性

27、，并并創(chuàng)造出出潛在的的節(jié)約效效果。 但是，切切實(shí)可行行地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)可編程程振蕩器器替代固固定頻率率元件只只不過是是最近才才出現(xiàn)的的。象每每一種新新興技術(shù)術(shù)一樣，可可編程振振蕩器也也經(jīng)歷了了成長(zhǎng)的的磨難。一致性性問題就就曾困擾擾了整整整第一代代設(shè)計(jì)產(chǎn)產(chǎn)品。119988年，一一家廠商商風(fēng)風(fēng)火火火地推推出了第第二代可可編程振振蕩器，可可由于過過高的抖抖動(dòng)使其其在一些些對(duì)噪聲聲敏感的的應(yīng)用中中失敗了了。 幸幸虧關(guān)于于可編程程振蕩器器可靠性性的指責(zé)責(zé)是完全全不符合合實(shí)際的的，除掉掉一些特特例，現(xiàn)現(xiàn)在的可可編程振振蕩器能能滿足大大多數(shù)樣樣機(jī)的需需要，適適合大多多數(shù)生產(chǎn)產(chǎn)應(yīng)用。了解下下列內(nèi)容容將有助助于各位位工

28、程師師充分享享用可編編程振蕩蕩器擁有有的幾乎乎是即時(shí)時(shí)交貨的的時(shí)間優(yōu)優(yōu)勢(shì)，并并保證它它能默默默地、連連續(xù)可靠靠地工作作。 把把抖動(dòng)困困擾降到到最小 可編程程振蕩器器幾乎在在每一類類、每一一項(xiàng)技術(shù)術(shù)規(guī)范上上都能與與固定頻頻率的器器件相匹匹敵，但但抖動(dòng)（相相位噪聲聲）卻是是個(gè)例外外?？删幘幊唐骷亩秳?dòng)動(dòng)有一部部份來源源于編程程過程，或或者更具具體地說說，來源源于編程程算法。 當(dāng)算算法中用用到乘法法時(shí)，抖抖動(dòng)值突突然顯著著增大，這這主要是是因?yàn)槎抖秳?dòng)被乘乘上了編編程算法法設(shè)置特特定頻率率時(shí)所用用的系數(shù)數(shù)。雖然然為了得得到所要要的振蕩蕩器輸出出頻率，算算法中通通常既需需要用到到乘法也也需要用用到除法

29、法，但除除法并不不加大抖抖動(dòng)。通通過把編編程算法法的乘法法系數(shù)減減到最小小，來自自可編程程器件的的相位噪噪聲可以以做到和和傳統(tǒng)的的固定頻頻率器件件很接近近，這主主要是晶晶體及振振蕩器電電路產(chǎn)生生的抖動(dòng)動(dòng)。 SSaRoonixx公司已已規(guī)范了了類似的的編程過過程。保保證可編編程振蕩蕩器的每每件產(chǎn)品品都具有有穩(wěn)定一一致的性性能這也同同樣具有有重要意意義，SSa RRoniix公司司通過采采用自動(dòng)動(dòng)設(shè)計(jì)流流程以保保證相同同的編程程算法用用于有相相同輸出出頻率的的所有部部件。 由于有有了這樣樣的技術(shù)術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)現(xiàn)在幾乎乎每個(gè)電電路上都都可采用用可編程程振蕩元元件甚至可可用于通通信設(shè)備備的某些些電路中中，

30、例如如，XDDSL調(diào)調(diào)制解調(diào)調(diào)器。雖雖然振蕩蕩器可能能影響一一個(gè)對(duì)抖抖動(dòng)敏感感的通信信鏈路，但但就在同同一塊電電路板上上，也可可能有一一個(gè)由振振蕩器驅(qū)驅(qū)動(dòng)的DDSP芯芯片，這這個(gè)芯片片則完全全不受抖抖動(dòng)的影影響。 由于自自身研制制周期短短，這些些可編程程振蕩器器能跟上上保證設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)劃劃按期完完成的日日程。盡盡管有這這個(gè)靈活活性，但但在大批批量條件件下，固固定頻率率的器件件仍然比比較便宜宜。另一一方面，在在進(jìn)行樣樣機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)，可可編程器器件要比比固定頻頻率器件件便宜。 因此此，精明明的戰(zhàn)略略是制造造樣機(jī)的的時(shí)候在在設(shè)計(jì)上上采用可可編程器器件來驗(yàn)驗(yàn)證電路路，同時(shí)時(shí)還把可可編程振振蕩器作作為生產(chǎn)產(chǎn)后

31、備部部件。隨隨著設(shè)計(jì)計(jì)評(píng)價(jià)的的完成，再再可以大大量生產(chǎn)產(chǎn)特定的的固定頻頻率器件件以供批批量使用用。 憑憑借可編編程器件件可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)一種高高效益的的保險(xiǎn)策策略，以以解決生生產(chǎn)中關(guān)關(guān)鍵部件件短缺的的問題?？删幊坛陶袷幤髌鬏^短的的研制周周期使得得生產(chǎn)部部門能在在大量訂訂購?fù)ǔ３Ｋ玫牡墓潭l頻率元件件之前先先采辦替替代部件件，這樣樣就無需需支付額額外費(fèi)用用，只要要在生產(chǎn)產(chǎn)最后期期限迫近近時(shí)迅速速補(bǔ)充標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)部件件就行了了。 雖然可可編程振振蕩器件件不可能能完全取取代固定定頻率振振蕩器，但但可編程程的概念念肯定有有足夠的的優(yōu)點(diǎn)使使得半導(dǎo)導(dǎo)體生產(chǎn)產(chǎn)商和主主要振蕩蕩器生產(chǎn)產(chǎn)公司不不會(huì)放棄棄它的。有理由由相信，

32、它它的性能能和價(jià)格格將一代代一代地地得到改改善。 伴隨著著抖動(dòng)特特性改善善、價(jià)格格進(jìn)一步步降低，新新的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)將會(huì)使使可編程程器件更更有吸引引力。一一種節(jié)電電的休眠眠模式對(duì)依依賴電池池的移動(dòng)動(dòng)設(shè)備至至關(guān)重要要已已經(jīng)出現(xiàn)現(xiàn)在可以以供應(yīng)現(xiàn)現(xiàn)貨的產(chǎn)產(chǎn)品目錄錄上。一一些其它它特性諸諸如頻率率范圍的的擴(kuò)展、可編程程的雙路路輸出和和多路輸輸出以及及更大選選擇范圍圍的輸出出驅(qū)動(dòng)特特性，都都將大大大提高生生產(chǎn)、設(shè)設(shè)計(jì)的靈靈活性。 理智的的態(tài)度應(yīng)應(yīng)該是對(duì)對(duì)于可編編程振蕩蕩器是否否能在每每個(gè)場(chǎng)合合都起作作用不抱抱成見，另另方面，為為了確定定可編程程振蕩器器能在什什么地方方有效地地發(fā)揮作作用，應(yīng)應(yīng)該特別別注意它它們?cè)?/p>

33、每每一個(gè)電電路中的的應(yīng)用。在進(jìn)行行設(shè)計(jì)的的時(shí)候就就判斷這這個(gè)應(yīng)用用是不是是對(duì)抖動(dòng)動(dòng)過于敏敏感，同同時(shí)選定定一個(gè)可可編程振振蕩器，這這種方式式將有助助于一個(gè)個(gè)工程師師最大限限度發(fā)揮揮可編程程振蕩器器的長(zhǎng)處處，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)當(dāng)初選選用它的的初衷。石英晶體體振蕩器器 石石英晶體體振蕩器器是利用用石英晶晶體諧振振器作濾濾波元件件構(gòu)成的的振蕩器器，其振振蕩頻率率由石英英晶體諧諧振器決決定。與與LC諧諧振回路路相比，石石英晶體體諧振器器具有很很高的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)性和和極高的的品質(zhì)因因數(shù)，因因此石英英晶體振振蕩器具具有較高高的頻率率穩(wěn)定度度，采用用高精度度和穩(wěn)頻頻措施后后，石英英晶體振振蕩器可可以達(dá)到到10-4110-99

34、的頻率率穩(wěn)定度度。石英晶體體振蕩器器頻率穩(wěn)穩(wěn)定度石英晶體體振蕩器器之所以以能獲得得很高的的頻率穩(wěn)穩(wěn)定度，由由第2章章可知，是是由于石石英晶體體諧振器器與一般般的諧振振回路相相比具有有優(yōu)良的的特性，具具體表現(xiàn)現(xiàn)為：石英晶體體諧振器器具有很很高的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)性。石英晶晶體振蕩蕩器的振振蕩頻率率主要由由于石英英晶體諧諧振器的的諧振頻頻率決定定。石英英晶體的的串聯(lián)諧諧振頻率率fq主要要取決于于晶片的的尺寸，石石英晶體體的物理理性能和和化學(xué)性性能都十十分穩(wěn)定定，它的的尺寸受受外界條條件如溫溫度、濕濕度等影影響很小小，因而而其等效效電路的的Lq、Cq值很很穩(wěn)定，使使得fqq很穩(wěn)定定。石英晶體體諧振器器與有源源器

35、件的的接入系系數(shù)p很小，一一般為110-33100-4。這這大大減減弱了有有源器件件的極間間電容等等參數(shù)和和外電路路中不穩(wěn)穩(wěn)定因素素對(duì)石英英晶體振振蕩器決決定頻率率振蕩系系統(tǒng)的影影響。石英晶體體諧振器器具有非非常高的的Q值。Q值一一般為11041006，與QQ值僅為為幾百數(shù)數(shù)量級(jí)的的普通LLC回路路相比，其其Q值極極高，維維持振蕩蕩頻率穩(wěn)穩(wěn)定不變變的能力力極強(qiáng)。晶體振蕩蕩器電路路晶體振蕩蕩器的電電路類型型很多，但但根據(jù)晶晶體在電電路中的的作用，可可以將晶晶體振蕩蕩器歸為為兩大類類：并聯(lián)聯(lián)型晶體體振蕩器器和串聯(lián)聯(lián)型晶體體振蕩器器。在并并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器中，晶晶體起等等效電感感的作用用，它和和其

36、它電電抗元件件組成決決定頻率率的并聯(lián)聯(lián)諧振回回路與晶晶體管相相連。由由晶體的的阻抗頻頻率特性性可知，并并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器的振振蕩頻率率在石英英晶體諧諧振器的的fq與fp之間間；在串串聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器中，振振蕩器工工作在鄰鄰近fqq處，晶晶體以低低阻抗接接入電路路，即晶晶體起選選頻短路路線的作作用。兩兩類電路路都可以以利用基基頻晶體體或泛音音晶體。并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器圖1示出出了一種種典型的的晶體振振蕩器電電路，當(dāng)當(dāng)振蕩器器的頻率率在晶體體的串聯(lián)聯(lián)諧振頻頻率和并并聯(lián)諧振振頻率之之間時(shí)晶晶體呈感感性，該該電路滿滿足三端端式振蕩蕩器的組組成原則則，而且且該電路路與電容容反饋的的振蕩器器對(duì)應(yīng)，通通

37、常稱為為皮爾斯斯振蕩器器。C33起到微微調(diào)振蕩蕩頻率的的作用，同同時(shí)也起起到減小小晶體管管和晶體體之間的的耦合作作用。CC1、C2既是回回路一部部分，也也是反饋饋電路。皮爾斯振振蕩器的的工作頻頻率應(yīng)由由C1、C2、C3及晶體體構(gòu)成的的回路決決定，即即由晶體體電抗XXe與外外部電容容相等的的條件決決定，設(shè)設(shè)外部電電容為CCL，則式（1）由圖有 式式（2）將式（11）用圖圖形表示示為圖22的情形形。圖中中有兩個(gè)個(gè)交點(diǎn)，靠靠近晶體體串聯(lián)頻頻率q附近的的1是穩(wěn)定定工作點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)1靠近q時(shí)，由由圖2，電電抗Xee與忽略略晶體損損耗時(shí)的的晶體電電抗很接接近，因因此振蕩蕩頻率ff1等于于包括并并聯(lián)電容容CL在

38、內(nèi)的的并聯(lián)諧諧振頻率率。因CCL實(shí)際與與晶體靜靜電容并并聯(lián)，因因此只要要引入一一等效接接入系數(shù)數(shù)p式(3)則由前面面并聯(lián)諧諧振頻率率公式可可得式(4)由上式可可見，改改變CLL可以微微調(diào)振蕩蕩頻率。通常電電路中CC3C1，C2，CL主要由由C3決定，實(shí)實(shí)際電路路中用與與晶體串串一小電電容C33來微調(diào)調(diào)振蕩頻頻率。通通常，晶晶體制造造廠家為為便利用用戶，對(duì)對(duì)用于并并聯(lián)型電電路的晶晶體，規(guī)規(guī)定一標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)負(fù)載電容容CL，可以以將振蕩蕩頻率調(diào)調(diào)整到晶晶體標(biāo)稱稱頻率上上。在幾幾兆赫茲茲至幾十十兆赫茲茲范圍，一一般CLL規(guī)定為為30PPf。、反饋系數(shù)數(shù)F的大大小為 式（55）由于晶體體的品質(zhì)質(zhì)因數(shù)QQq

39、很高，故故其并聯(lián)聯(lián)諧振電電阻R00也很高高，雖然然接入系系數(shù)p較小，但但等效到到晶體管管CE兩兩端的阻阻抗RLL仍較高高，所以以放大器器的增益益較高，電電路很容容易滿足足振幅起起振條件件。圖33是并聯(lián)聯(lián)型晶體體振蕩器器的實(shí)際際電路，其其適宜的的工作頻頻率范圍圍為0.8515MMHz。如圖4示示出了另另一種并并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器電路路，該電電路晶體體接在基基極和發(fā)發(fā)射極之之間，只只要晶體體呈現(xiàn)感感性，該該電路即即滿足三三端式振振蕩器的的組成原原則，且且電路類類似于電電感反饋饋的振蕩蕩器，又又稱為密密勒振蕩蕩器。由由于晶體體與晶體體管的低低輸入阻阻抗并聯(lián)聯(lián)，降低低了有載載品質(zhì)因因數(shù)QLL，故密密勒

40、振蕩蕩器的頻頻率穩(wěn)定定度較低低。由于皮爾爾斯振蕩蕩器的頻頻率穩(wěn)定定度比密密勒振蕩蕩器高，故故實(shí)際應(yīng)應(yīng)用的晶晶體振蕩蕩器大多多為皮爾爾斯振蕩蕩器，在在頻率較較高時(shí)可可以采用用泛音晶晶體構(gòu)成成。圖55給出了了一種應(yīng)應(yīng)用泛音音晶體構(gòu)構(gòu)成的皮皮爾斯振振蕩電路路。圖中中L、CC1構(gòu)成的的并聯(lián)諧諧振回路路是用以以破壞基基頻和低低次泛音音的相位位條件，使使振蕩器器工作在在設(shè)定的的泛音頻頻率上。如電路路需要工工作在55次泛音音頻率上上，應(yīng)使使L、CC1構(gòu)成的的并聯(lián)回回路的諧諧振頻率率低于55次泛音音頻率，但但高于所所要抑制制的3次次泛音頻頻率，這這樣對(duì)低低于工作作頻率的的低泛音音頻率來來說，LL、C11并聯(lián)回

41、回路呈現(xiàn)現(xiàn)一感性性，不能能滿足三三端式振振蕩器的的組成原原則，電電路不能能振蕩，但但工作在在所需的的5次泛泛音上時(shí)時(shí)，L、C1并聯(lián)回回路就呈呈現(xiàn)容性性，滿足足三端式式的組成成原則，電電路能工工作。需需要注意意的是，并并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器電路路工作的的泛音不不能太高高，一般般為3、5、77次，高高泛音振振蕩時(shí)，由由于接入入系數(shù)的的降低，等等效到晶晶體管輸輸出端的的負(fù)載電電阻將下下降，使使放大器器增益減減小，振振蕩器停停振。圖6是一一場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管晶體體并聯(lián)型型振蕩器器線路，晶晶體等效效成一感感性，構(gòu)構(gòu)成一等等效的電電容反饋饋振蕩器器。2串聯(lián)聯(lián)型晶體體振蕩器器在串聯(lián)型型晶體振振蕩器中中，晶體體接在振振

42、蕩器要要求低阻阻抗的兩兩點(diǎn)之間間，通常常接在反反饋電路路中。圖圖7示出出了一串串聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器的實(shí)實(shí)際線路路和等效效電路。由圖可可見，如如果將晶晶體短路路，該電電路即為為一電容容反饋的的振蕩器器。電路路的工作作原理為為：當(dāng)回回路的諧諧振頻率率等于晶晶體的串串聯(lián)諧振振頻率時(shí)時(shí)，晶體體的阻抗抗最小，近近似為一一短路線線，電路路滿足相相位條件件和振幅幅條件，故故能正常常工作；當(dāng)回路路的諧振振頻率距距串聯(lián)諧諧振頻率率較遠(yuǎn)時(shí)時(shí)，晶體體的阻抗抗增大，使使反饋減減弱，從從而使電電路不能能滿足振振幅條件件，電路路不能工工作。串串聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器的工工作頻率率等于晶晶體的串串聯(lián)諧振振頻率，不需要外加負(fù)載電

43、容CL，通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無窮大，在實(shí)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)型晶晶體振蕩蕩器能適適應(yīng)高次次泛音工工作，這這是由于于晶體只只起到控控制頻率率的作用用，對(duì)回回路沒有有影響，只只要電路路能正常常工作，輸輸出幅度度就不受受晶體控控制。3使用用注意事事項(xiàng)使用石英英晶體諧諧振器時(shí)時(shí)應(yīng)注意意以下幾幾點(diǎn)：（1）石石英晶體體諧振器器的標(biāo)稱稱頻率都都是在出出廠前，在在石英晶晶體諧振振器上并并接一定定負(fù)載電電容條件件下測(cè)定定的，實(shí)實(shí)際使用用時(shí)也必必須外加加負(fù)載電電容，并并經(jīng)微調(diào)調(diào)后才能能獲得標(biāo)標(biāo)稱頻率率。為了了保持晶晶振的高高穩(wěn)定性性，負(fù)載載電容應(yīng)應(yīng)采用精精度較高高的微調(diào)調(diào)電容。（2）石石英晶體體諧振器器的激勵(lì)勵(lì)電平應(yīng)應(yīng)在規(guī)定定范圍內(nèi)內(nèi)。過高高的激勵(lì)勵(lì)功率會(huì)會(huì)使石英英晶體諧諧振器內(nèi)內(nèi)部溫度度升高，使使石英晶晶片的老老化效應(yīng)應(yīng)和頻率率漂移增增大，嚴(yán)嚴(yán)重時(shí)還還會(huì)使晶晶片因機(jī)機(jī)械振