如何為MAX1470超外差接收器選擇石英晶體振蕩器

石英晶體可從各種供應(yīng)商處獲得各種形狀和尺寸，并且性能規(guī)格范圍很廣。其中一些規(guī)格包括諧振頻率、諧振模式、負(fù)載電容、串聯(lián)電阻、保持器電容和驅(qū)動(dòng)電平。本應(yīng)用筆記有助于理解這些參數(shù)，允許用戶指定適合其應(yīng)用的晶體，以及MAX1470超外差接收器電路的最佳結(jié)果。

石英晶體可從各種供應(yīng)商處獲得各種形狀和尺寸，并且性能規(guī)格范圍很廣。其中一些規(guī)格包括諧振頻率、諧振模式、負(fù)載電容、串聯(lián)電阻、保持器電容和驅(qū)動(dòng)電平。了解這些參數(shù)后，您可以指定適合您應(yīng)用的晶體，并為您的MAX1470電路提供最佳結(jié)果。

晶體的等效電路如圖1所示。它由運(yùn)動(dòng)元件組成：電阻器Rs、電感器Lm和電容器Cm以及并聯(lián)電容Co。運(yùn)動(dòng)元件決定了串聯(lián)諧振頻率和諧振器的Q值。并聯(lián)電容Co是晶體電極、支架和引線的函數(shù)。

圖1.水晶模型。

下面詳細(xì)介紹了關(guān)鍵性能規(guī)格。

共振頻率

要指定的晶體頻率取決于您有興趣接收的頻率。由于MAX1470采用10.7MHz中頻和低側(cè)注入，晶體頻率由下式給出（所有單位均為MHz）：

因此，對(duì)于315MHz應(yīng)用，晶體頻率為4.7547MHz，而對(duì)于433.92MHz，則需要6.6128MHz晶體。只應(yīng)指定基波模式晶體（無(wú)泛音）。

共振模式

晶體有兩種共振模式：串聯(lián)（兩者中頻率較低的）和并聯(lián)（或反共振，兩者中較高的）。所有晶體都表現(xiàn)出兩種共振模式，在振蕩器電路中它們看起來(lái)是電阻性的。在串聯(lián)諧振時(shí)，運(yùn)動(dòng)電容Cm和電感Lm的電抗相等且相反，電阻最小。然而，在反共振點(diǎn)，電阻最大，電流最小。反諧振點(diǎn)不用于振蕩器設(shè)計(jì)。

石英晶體可用于通過(guò)添加外部元件（通常是電容器）在串聯(lián)和反諧振頻率之間的任何頻率上振蕩。在晶體工業(yè)中，這被稱為并聯(lián)頻率或模式。該頻率高于串聯(lián)頻率，但低于晶體的真正平行共振（反共振點(diǎn)）。圖2顯示了典型的晶體阻抗與頻率的關(guān)系圖。

圖2.晶體阻抗與頻率的關(guān)系。

負(fù)載電容和牽引性

負(fù)載電容是使用并聯(lián)諧振振蕩模式時(shí)的重要規(guī)格。在這種模式下，晶體的總電抗略帶感性，并與振蕩器的負(fù)載電容并聯(lián)，形成一個(gè)LC諧振電路，該電路決定了振蕩器的頻率。隨著負(fù)載電容值的變化，輸出頻率也會(huì)發(fā)生變化。因此，晶體供應(yīng)商必須知道振蕩器電路采用的負(fù)載電容，以便可以在工廠使用相同的負(fù)載電容對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。

如果使用設(shè)計(jì)為以不同負(fù)載電容振蕩的晶體，晶體將被拉離其規(guī)定的工作頻率，從而在參考頻率中引入誤差。因此，為了將晶體拉回其所需的工作頻率，需要添加外部電容器來(lái)修改負(fù)載電容

圖3所示為MAX1470EVKit電路中的晶體。在該電路中，C14和C15是串聯(lián)牽引電容，而C16是并聯(lián)牽引電容。Cevkit相當(dāng)于MAX1470，加上評(píng)估板PCB雜散電容。Cevkit約為5pF。

圖3.評(píng)估板等效電路

串聯(lián)牽引電容器將“加速”晶體，而并聯(lián)電容器將“減慢”晶體。由于Cevkit等于5pF，如果使用負(fù)載電容為5pF的晶體，它將以其預(yù)期頻率振蕩，并且不需要額外的電容（C16保持打開狀態(tài)，而C14和C15在電路板上短路）。評(píng)估板本身使用3pF負(fù)載電容晶體，需要2 x 15pF串聯(lián)電容來(lái)加速。要計(jì)算所需的電容值，請(qǐng)使用：

在評(píng)估板的情況下，如果不使用2個(gè)串聯(lián)電容，4.7547MHz晶體實(shí)際上將以4.7544MHz振蕩，導(dǎo)致接收器調(diào)諧到314.98MHz而不是315.0MHz，誤差約為20kHz或60ppm。

因此，關(guān)鍵是通過(guò)使用串聯(lián)或并聯(lián)電容器甚至兩者的組合（取決于可用電容器的值）來(lái)匹配晶體所需的負(fù)載電容。例如，1pF負(fù)載電容晶體（或以下組合：C6 = C14 = 15pF，C27 = 16pF）只需要一個(gè)5pF并聯(lián)電容。

必須注意不要對(duì)C16使用太大的值，因?yàn)樗鼤?huì)增加通過(guò)振蕩器電路的電流，導(dǎo)致其失效。圖4顯示了并聯(lián)電容和振蕩器電流之間的關(guān)系。

圖4.晶體振蕩器電流與增加的并聯(lián)負(fù)載電容的關(guān)系。

在定制PCB上，如果Cevkit未知，則可以在頻譜分析儀上監(jiān)控IF（確保在將信號(hào)插入頻譜分析儀之前使用隔直電容器），然后使用串聯(lián)和并聯(lián)電容器將IF“調(diào)諧”回10.7MHz。

串聯(lián)電阻

對(duì)于大多數(shù)晶體，典型的串聯(lián)電阻范圍為25Ω至100Ω。晶體供應(yīng)商通常表征該電阻，并指定串聯(lián)電阻的最大值。MAX100振蕩器電路不要超過(guò)1470Ω。

支架或并聯(lián)電容

這是晶體電極、支架和引線的電容。典型值范圍為 2pF 至 7pF。

驅(qū)動(dòng)器級(jí)別

必須限制晶體中的功率耗散，否則石英晶體實(shí)際上會(huì)因過(guò)度的機(jī)械振動(dòng)而失效。由于非線性行為，晶體特性也隨驅(qū)動(dòng)電平而變化。晶體供應(yīng)商將為特定產(chǎn)品線指定最大驅(qū)動(dòng)器級(jí)別。使用驅(qū)動(dòng)電平在1μW范圍內(nèi)的晶體。

這些規(guī)格將允許您指定最適合MAX1470振蕩器電路要求的晶體，從而提高整體性能。

審核編輯：郭婷