無(wú)源晶體振蕩器的電器參數(shù)

圖1是一款32.768kHz的無(wú)源晶體振蕩器的電器參數(shù)。本篇將為大家解讀各個(gè)參數(shù)的含義。

圖1 一款32.768kHz晶體的電器參數(shù)

圖2、石英晶體等效電路

1、一般頻率(Nominal Frequency)

指晶體諧振基頻頻點(diǎn)，我們選擇32.768kHz的晶體，它的基頻頻點(diǎn)就是32.768kHz。

2、振蕩模式(Oscillation Mode)

一般分為基頻(FUNDAMENTAL MODE)和泛音(OVERTONE MODE)兩種振蕩方式。晶片越薄，振蕩頻率就越高。由于工藝的限制和晶片破裂的風(fēng)險(xiǎn)，晶片不能無(wú)限的薄。為了達(dá)到高頻，上百mhz的晶體一般采用泛音晶體。20mhz基頻的晶片，經(jīng)過(guò)五次泛音就可達(dá)到100mhz。泛音晶體需要電感和電容的配合才可以得到理想的頻率; 若不加,則會(huì)輸出基頻。

3、負(fù)載電容(Load Capacitance)

負(fù)載電容是選購(gòu)晶體必選的參數(shù)之一。晶體的頻率會(huì)根據(jù)串聯(lián)的電容電抗而改變。在串聯(lián)諧振型電路中，不需要負(fù)載電容。CL值大，遠(yuǎn)端相位噪聲好。如果過(guò)大，則會(huì)難調(diào)整到標(biāo)稱頻率，不易起振。CL值小，近端相位噪聲好，容易調(diào)整頻率，容易起振

4、頻率公差(Frequency Tolerance)

常溫25℃下，一定的負(fù)載電容的晶體頻率公差，加工誤差。一般頻差調(diào)整為±5ppm ~ ±30ppm。

5、等效串聯(lián)電阻(Equivalent Series Resistance)

又叫做諧振電阻，簡(jiǎn)稱為ESR, 表征能耗，與Q值成反比。Q值是由生長(zhǎng)的水晶料品質(zhì)決定的，Q值越高，固有頻率則越穩(wěn)定。小型化尺寸晶體的諧振電阻會(huì)增大，負(fù)載電容會(huì)降低。

6、驅(qū)動(dòng)功率(Drive Level)

晶體的驅(qū)動(dòng)/激勵(lì)功率是指晶體正常振蕩時(shí)最大的消耗功率，一般是以微瓦(uw)表示。振蕩電路必須提供足夠的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)補(bǔ)償晶體在共振時(shí)的機(jī)械能損失。振蕩電路若提供過(guò)高的激勵(lì)功率, 會(huì)使晶體的非線性特性變化, 進(jìn)而可能造成振蕩頻率FL不穩(wěn)定及等效阻抗ESR的過(guò)度變化。

晶體的規(guī)格書(shū)中一般會(huì)給出激勵(lì)功率的最大值，如10uw。這并不是說(shuō)晶體能承受的最大激勵(lì)功率是10uw，而是晶體最大只需要10uw的激勵(lì)功率就能維持正常振蕩工作了，晶體可以承受比10uw大的多的激勵(lì)功率。

根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，晶體能夠承受的激勵(lì)功率在1mw之內(nèi)，在設(shè)計(jì)晶振電路時(shí)，應(yīng)檢查IC的激勵(lì)功率，若IC的激勵(lì)功率大于1mw，則電路中需要增加限流電阻；若小于1mw，則不需要加限流電阻?，F(xiàn)在IC的激勵(lì)功率也是越做越小，一般都不會(huì)大于1mw。

7、斜率(Parabolic Coefficient)

由于其獨(dú)特的形狀，音叉晶體不能在較寬的溫度范圍內(nèi)提供較高的精度。它們的溫度精度可以繪制為溫度的拋物線曲線。這個(gè)精度通常是±20ppm在室溫或大約+25°C。這相當(dāng)于每天增加或減少1.7秒的時(shí)間，或每年10.34分鐘。圖1顯示了在極高溫和極低溫下精度的下降。在這些溫度下的典型精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于±150ppm，這相當(dāng)于每天損失近13.0秒的時(shí)間，或每年約1.3小時(shí)。32.768 kHz音叉晶體的常見(jiàn)拋物系數(shù)為0.04 ppm/°C2。

8、動(dòng)作溫度(Operating Temperature)

工作溫度范圍。

9、儲(chǔ)存溫度(Storage Temperature)

物料存儲(chǔ)溫度范圍。

10、年老化率(Aging/Year)

頻率隨著時(shí)間的定向漂移，也稱為老化。老化在學(xué)術(shù)界被認(rèn)為是‘質(zhì)量遷移’和‘應(yīng)力馳豫’這兩個(gè)原因產(chǎn)生的。

11、絕緣阻抗(Insulation Resistance)

晶體的兩焊接端之間的電阻。

12、并聯(lián)電容(Shunt Capacitance)

晶體兩引腳之間的電容，是以水晶為介質(zhì)，由兩個(gè)金屬電極形成的電容，和晶片電極面積(或晶體體積）大小和頻率大小正比

13、動(dòng)態(tài)電容(Motional Capacitance)

等效電路中動(dòng)態(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積，另外還和晶片平行度、微調(diào)量的大小有關(guān)。

14、品質(zhì)因素(Quality Factor)

即Q值是晶振的一個(gè)很重要的電氣參數(shù)，它與晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系。對(duì)于石英晶體，品質(zhì)因數(shù)Q是很重要的一個(gè)參數(shù)。Q值越高，表示晶體損耗小，晶體工作穩(wěn)定，則頻率穩(wěn)定性越好。晶體的品質(zhì)因數(shù)通常都很高，在幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)以上。

石英晶體的品質(zhì)因數(shù)是由它的動(dòng)態(tài)參數(shù)決定的，在其等效電路中可以清楚地看到：

R1 、C1、 L1是與石英晶體諧振器有關(guān)的參數(shù)，而C0則與石英晶體諧振器頻率沒(méi)有關(guān)系。

晶振諧振回路的品質(zhì)因數(shù)的定義：Q=

由上式推導(dǎo)出品質(zhì)因數(shù)Q: Q=

R1代表回路損耗，R1越小損耗越小，Q值越高，反之R1越大，Q值越低。若把它作為一個(gè)自由振蕩回路，則可說(shuō)明回路維持等幅振蕩的情況，Q值高時(shí)振蕩衰減減慢，Q值低時(shí)振蕩衰減快。