講講關(guān)于無(wú)源晶體的幾個(gè)重要參數(shù)

前言

很多工程師選擇無(wú)源晶體時(shí)，會(huì)對(duì)它的參數(shù)有點(diǎn)模糊，每個(gè)廠家標(biāo)定的又有些區(qū)別。尤其很多人常常搞混負(fù)載電容的意思。今天我們把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，說(shuō)說(shuō)晶體的主要參數(shù)。

首先我們要清楚晶振它是干什么的，它全稱晶體振蕩器，它能夠產(chǎn)生中央處理器（CPU）執(zhí)行指令所必須要的時(shí)鐘頻率信號(hào)，CPU一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，其信號(hào)頻率越高，通常CPU的運(yùn)行速度也就越快。 你買的手機(jī)CPU顯示的主頻，都是基于晶振能力說(shuō)明的。凡是包含CPU的電子產(chǎn)品，其中至少含有一個(gè)時(shí)鐘源，包括許多其他的震蕩器，即使你沒(méi)有看見(jiàn)，那也是晶振在芯片內(nèi)部被集成了。往往晶振被人們稱之為電路系統(tǒng)的心臟。一旦心臟停止跳動(dòng)，整塊電路板可能出現(xiàn)癱瘓的狀況。因此晶振的質(zhì)量問(wèn)題是很多廠商放在第一位的最終抉擇的考慮基礎(chǔ)！

那么晶振質(zhì)量的好壞由什么決定了呢？有的人說(shuō)，頻率精度，功耗水平，使用壽命，溫度漂移，外包裝，又或者產(chǎn)品印字標(biāo)識(shí)等等。這一切真的能有助于我們分辨晶振的好壞嗎？一般像晶振這樣的電子元器件拿在手上我們是無(wú)法判斷其好壞程度的，通常晶振人所指的壞即是在電路工作中晶振不起振，或者時(shí)而穩(wěn)定時(shí)而不穩(wěn)定的現(xiàn)象！那么這一切現(xiàn)象終究是歸根于質(zhì)量問(wèn)題還是晶振參數(shù)？

所以今天我們講講關(guān)于無(wú)源晶體的幾個(gè)重要參數(shù)：

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晶體元件頻率Nominal Frequency

Nominal Frequency晶體元件頻率，也是工程師在電路設(shè)計(jì)和元件選購(gòu)時(shí)首要關(guān)注的參數(shù)。晶振常用標(biāo)稱頻率在1～200MHz之間，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的輸出頻率也常用PLL（鎖相環(huán)）將低頻進(jìn)行倍頻至1GHz以上。我們稱之為標(biāo)稱頻率。

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頻率誤差 Frequency Tolerance

輸出信號(hào)的頻率不可避免會(huì)有一定的偏差，我們用頻率誤差（Frequency Tolerance）或頻率穩(wěn)定度（FrequencyStability），用單位ppm來(lái)表示，即百萬(wàn)分之一（partsper million）（10-6），是相對(duì)標(biāo)稱頻率的變化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差為±20ppm，表示它的頻率偏差為12×20Hz=±240Hz，即頻率范圍是（11999760～12000240Hz）。

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溫度頻差 Frequency Stability vs Temp

還有一個(gè)溫度頻差（FrequencyStability vs Temp）表示在特定溫度范圍內(nèi)，工作頻率相對(duì)于基準(zhǔn)溫度時(shí)工作頻率的允許偏離，它的單位也是ppm。

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負(fù)載電容CL Load capacitance

這就是我們今天主要說(shuō)明的參數(shù)，這個(gè)關(guān)系到震蕩回路能否正常的外圍可調(diào)整器件。

它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容，注意這個(gè)不是晶振外接的匹配電容，很多人搞混這個(gè)。所以我們這里要清楚兩個(gè)感念，負(fù)載電容和外接電容。

上圖Cg和Cd是外接電容，Cs是整個(gè)震蕩回路的寄生電容，經(jīng)驗(yàn)值一般是3pf左右。

晶體負(fù)載電容CL，就是晶體規(guī)格書(shū)標(biāo)出的值，是指整個(gè)外圍電容有效電容的總和。CL和外接電容關(guān)系如下：

就是說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)外接電容串聯(lián)值，在加上電路寄生的電容值，整個(gè)容值的和為CL時(shí)，輸出頻率才是規(guī)格書(shū)的標(biāo)定頻率。

比如你選用愛(ài)普生的一款無(wú)源晶體，數(shù)據(jù)如下圖：

24MHz 9pf +-10ppm。這里的9pf就是CL，即負(fù)載電容。

怎么理解這個(gè)條件呢？就是當(dāng)環(huán)境溫度是25度左右時(shí)，IC的驅(qū)動(dòng)功率沒(méi)問(wèn)題，而且當(dāng)外圍有效電容總和是9pf時(shí)，輸出頻率才是標(biāo)定頻率24MHz +-10ppm。

知道了負(fù)載電容的作用，我們就可以通過(guò)調(diào)整外接電容的容值，來(lái)微調(diào)震蕩回路的輸出頻率了。

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動(dòng)態(tài)電阻Motional resistance

Motional resistance 動(dòng)態(tài)電阻，也叫等效電阻ESR，或者叫內(nèi)阻R1.。這個(gè)名字比較多，但都是一個(gè)意思，不要搞混了。這個(gè)值越小越好，越小晶體越容易起振。但是越小制造的技術(shù)和工藝水平的要求就越高，價(jià)格也就越高啦。