晶體特性及模型

石英晶振的特性及模型
石英晶體是一種可將電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的壓電器件，能量轉(zhuǎn)變發(fā)生在共振頻率點(diǎn)上。它可用如下模型表示：

C0：等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容(譯注：也叫并電容，靜電電容，其值一般僅與晶振的尺寸有關(guān))。

Lm：(動(dòng)態(tài)等效電感)代表晶振機(jī)械振動(dòng)的慣性。

Cm：(動(dòng)態(tài)等效電容)代表晶振的彈性。

Rm：(動(dòng)態(tài)等效電阻)代表電路的損耗。晶振的阻抗可表示為以下方程(假設(shè)Rm可以忽略不計(jì))：

石英晶振的頻域電抗特性：

其中Fs的是當(dāng)電抗Z=0時(shí)的串聯(lián)諧頻率(譯注：它是Lm、Cm和Rm支路的諧振頻率)，其表達(dá)式如下：

Fa是當(dāng)電抗Z趨于無(wú)窮大時(shí)的并聯(lián)諧振頻率(譯注：它是整個(gè)等效電路的諧振頻率)，使用等式

(1)，其表達(dá)式如下：

在Fs到Fa的區(qū)域即通常所謂的：“并聯(lián)諧振區(qū)”(圖2中的陰影部分)，在這一區(qū)域晶振工作在并聯(lián)諧振狀態(tài)(譯注：該區(qū)域就是晶振的正常工作區(qū)域，F(xiàn)a－Fs就是晶振的帶寬。帶寬越窄，晶振品質(zhì)因素越高，振蕩頻率越穩(wěn)定)。在此區(qū)域晶振呈電感特性，從而帶來(lái)了相當(dāng)于180 °的相移。

其頻率FP(或者叫FL:負(fù)載頻率)表達(dá)式如下：

從表達(dá)式(4)，我們知道可以通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載電容CL來(lái)微調(diào)振蕩器的頻率，這就是為什么晶振制造商在其產(chǎn)品說(shuō)明書中會(huì)指定外部負(fù)載電容CL值的原因。通過(guò)指定外部負(fù)載電容CL值，可以使晶振晶體振蕩時(shí)達(dá)到其標(biāo)稱頻率。下表給出了一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何調(diào)整外部參數(shù)來(lái)達(dá)到晶振電路的8MHz標(biāo)稱頻率：

等效電路參數(shù)實(shí)例

使用表達(dá)式(2)、(3)和(4)，我們可以計(jì)算出該晶振的Fs、Fa 及FP：Fs = 7988768Hz，F(xiàn)a = 8008102Hz

如果該晶振的CL為10pF，則其振蕩頻率為：FP = 7995695Hz。要使其達(dá)到準(zhǔn)確的標(biāo)稱振蕩頻率8MHz，CL應(yīng)該為4.02pF。

揚(yáng)興晶振可以為客戶提供仿真數(shù)據(jù)模型，方便客戶研發(fā)仿真及驗(yàn)證需求，同時(shí)提供電路板晶體回路評(píng)估服務(wù)，滿足客戶一站式晶體測(cè)試服務(wù)支持，下期與大家分享晶振呈電感特性的優(yōu)勢(shì)及電路起振原理。