石英晶體設(shè)計(jì)簡單振蕩器時(shí)的注意事項(xiàng)

本教程介紹了在使用AT切割晶體的簡單晶體振蕩器的設(shè)計(jì)中要解決的主要設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。描述了晶體振蕩器的基本質(zhì)量以及在各種應(yīng)用中可能影響其性能的因素。此處討論的主題是ISM頻帶無線電在十年的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中遇到的問題的匯總。這些主題包括負(fù)載電容，負(fù)電阻，啟動(dòng)時(shí)間，頻率穩(wěn)定性與溫度，驅(qū)動(dòng)電平相關(guān)性，晶體老化，頻率誤差和寄生模式。

簡介

本教程將重點(diǎn)討論石英晶體，這是電子領(lǐng)域中使用最廣泛的材料之一。還討論了它的特性，為什么在某些設(shè)備上高度適用以及它在某些條件下的行為。特別地，將石英晶體用作振蕩器的原材料的應(yīng)用是該文獻(xiàn)的中心。

石英晶體是具有壓電特性的機(jī)械諧振器。壓電特性（晶體上的電勢與機(jī)械變形成正比）允許將它們用作電路元件。由于晶體的高品質(zhì)因數(shù)（QF），出色的頻率穩(wěn)定性，嚴(yán)格的容差和相對(duì)較低的成本，它們被廣泛用作振蕩器的諧振元件。

晶體模型的基本

原理石英晶體在電氣上建模為與并聯(lián)電容并聯(lián)的串聯(lián)RLC分支（圖1）。RLC系列分支（通常稱為運(yùn)動(dòng)臂）對(duì)與機(jī)械石英諧振器的壓電耦合進(jìn)行建模。并聯(lián)電容代表由電極金屬化的平行板電容和雜散封裝電容兩者形成的物理電容。

圖1所示的模型適用于基本模式操作。類似的模型也適用于晶體諧振器的泛音操作。泛音模型包括與圖1所示的元件并聯(lián)的附加串聯(lián)RLC分支。附加泛音RLC串聯(lián)分支的諧振頻率接近基本串聯(lián)諧振頻率的奇數(shù)倍。

負(fù)載電容

許多晶體振蕩器在晶體和施加的負(fù)載電容的并聯(lián)諧振點(diǎn)工作。負(fù)載電容定義為在晶體封裝外部施加在晶體端子之間的有效電容，如圖2所示。晶體制造商指定給定的負(fù)載電容以及工作頻率。

負(fù)載電容與制造商指定的負(fù)載電容不同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于制造商指定頻率的振蕩頻率誤差。頻率誤差是由于晶體的電容性“拉動(dòng)”引起的。這可以通過并聯(lián)并聯(lián)分流電容和負(fù)載電容，然后將該總和與負(fù)載電容與運(yùn)動(dòng)電容串聯(lián)，以形成整體有效電容來證明。

老化

晶體的串聯(lián)諧振頻率將隨著時(shí)間緩慢變化。這稱為老化。通常，幾年內(nèi)頻率發(fā)生百萬分之幾的變化。大部分更改通常發(fā)生在前一兩年。老化通常歸因于晶體質(zhì)量隨時(shí)間的變化。在更高的溫度和更高的振蕩幅度下，老化速率會(huì)加快。

雜散模式

在基頻附近通常會(huì)出現(xiàn)不希望的機(jī)械共振?？梢詫⑦@些“寄生模式”建模為與所需基頻RLC分支并行的其他串聯(lián)RLC分支，其建模方式與泛音操作相同。雜散模式比所需模式具有更大的損耗（更少的振蕩機(jī)會(huì)）。它們通常不會(huì)引起晶體振蕩器問題，除非它們的損耗非常低或有源電路的限制非常弱。

結(jié)論

本教程介紹了使用石英晶體設(shè)計(jì)簡單振蕩器時(shí)應(yīng)考慮的一些指導(dǎo)原則和注意事項(xiàng)。它的屬性和特定功能也包括在內(nèi)。

編輯：hfy