晶体振荡器的基本工作原理及作用

晶振也就是晶振振荡器,是一种利用晶体作为频率选择元件来获得逆压电效应的电子振荡器。它利用具有压电特性的振动晶体的机械共振,以获得具有高精度频率的电信号。晶体振荡器被认为优于陶瓷谐振器,因为它们具有更高的稳定性、更高的质量、更低的成本和更小的尺寸。下面主要对晶体振荡器相关技术术语简要介绍,供大家参考。 
1.共振频率
在晶体谐振器的共振特性中,共振频率是两点阻抗变为电阻时的较低频率点。
图. 晶体谐振器共振特性
阻抗z变为电阻元件时,两点之间的频率。在这两点上,相为0。其中频率较低的点称为共振频率。另外一个点称为反共振频率。
2.等效电路
下图所示的是由电阻、电感和电容组成的晶体谐振器的共振特性。r1在等效电路中称为等效串联电阻,是晶体谐振器的重要特性。
3.等效串联电阻 (r1)
晶体谐振器等效电路串联支路中的电阻。
4.负载电容 (cs)
让晶体谐振器具有负载共振频率的电容。在实际振荡电路中,连接晶体谐振器的实际电容是由外部负载电容、ic杂散和pcb等产生的。也可用下述公式进行计算:
5.负载共振频率 (fl)
负载共振频率是晶体谐振器中负载电容串联的共振频率,这一频率比共振频率高。由于实际值与晶体谐振器规范中额定值之间的电容差,所以实际和额定振荡频率间存在频差。
也可用下述公式进行计算:
6.拉敏性
上面的图显示了负载电容变化产生的负载共振频率 (fl) 偏移。此图中每个点的斜率就是拉敏性。参见下面的图。在负载电容为6pf时,拉敏性是-17ppm/pf。(负载电容变化1pf时,频移为17ppm)。也可用下述公式进行计算:
7.导纳圆
下图是在导纳平面坐标 (电导—电纳) 上绘制的晶体谐振器共振特征。由于画成了圆形,因此称为导纳圆。在频率低于共振频率时,导纳靠近原点。在频率增加时,导纳按顺时针方向画圆。
8.振荡裕量
即振荡停止的裕量,这也是振荡电路中zui重要的术语。振荡裕量取决于组成振荡电路的元件 (晶体谐振器、mcu、电容器以及电阻器) 。村田推荐维持5倍或更大的振荡裕量。更详细内容请关注本系列讲座第二讲。
9.负阻 (-r)
负阻是用阻抗表示的振荡电路信号放大能力。由于其作用与电阻相反,所以是负值。负阻较高值小说明振荡电路的放大能力低。振荡电路中的负阻取决于cmos逆变器的特性、反馈电阻、阻尼电阻和外部负载电容。
10.驱动功率
驱动功率是指振荡电路中晶体谐振器的功耗。它不仅取决于晶体谐振器的等效串联电阻,还取决于组成振荡电路的元件 (mcu、电容和电阻) 。在驱动功率超额时,频率—时间性能会出现不正常特性。在设计振荡电路时,zui好检查一下驱动功率。
11.c-mos逆变器
c-mos是互补mos,组成了相互连接的p和n型mosfet。在下图中起到逆变器 (逻辑逆变电路not) 的作用。
12.振荡电路
在装有c-mos逆变器或晶体管的放大电路中,所谓的“振荡电路”就是将输出连接到输入,以便持续放大反馈。只有通过晶体谐振器反馈才能选择并放大共振频率的信号。
13.其它术语
电路匹配
构成电路的元件 (c-mos逆变器、晶体谐振器、电阻和外部负载电容) 组合,会改变振荡特性。因此,必须组成适当的电容组合,以获得强大的振荡电路。这种检查和调整也称为电路匹配。
标称频率
标称频率是指晶体谐振器生产商指定的晶体谐振器频率。必须要知道的是,由于mcu、pcb和外部负载电容的不同,实际振荡频率会偏离标称频率。
频率容限
是指操作环境中振荡频率超大允许偏差的频率范围。通常根据标称频率用ppm表示。
反馈电阻
在振荡电路中,反馈电阻与c-mos逆变器并联连接。它可能集成在mcu上。它的作用是平衡逆变器i/o间的dc电压,而逆变器将起到放大器的作用。在反馈电阻没有集成在mcu上时,非常好使用1mohm作为外部反馈电阻。
阻尼电阻
阻尼电阻用于振荡电路中c-mos逆变器的输出端。其作用是减小振荡幅度,以降低降低功率。另一方面,必须注意振荡裕量,因为超额的阻尼电阻会引起振荡停止。通常阻尼电阻的使用范围是从0到2kω,它取决于mcu的特性。
外部负载电容
外部负载电容用于振荡电路接地逆变器的输入端和输出端。它是直接影响负阻和振荡频率的重要元件。这些电容在ceralock中称为“负载电容器”。另一方面,在晶体谐振器中,将其称为“外部负载电容”,以区别于负载电容“cs”。通常将两个相同的电容用作外部负载电容。5到10pf作为外部负载电容是很适合的,这将取决于mcu的特性和安装基板的寄生电容。


回顾霍尼韦尔开启未来工业核心竞争力的介绍分析
TI下一个被取消代理权的,又会是谁呢?
功率继电器在工业控制系统中有什么作用
赛迪科创小巨人百强(2023)重磅发布,赛目科技上榜!
大疆首款FPV穿越机发布 实现 “沉浸式飞行”体验
晶体振荡器的基本工作原理及作用
中兴通讯VoNR业务感知洞察方案
网络虚拟化,SD-WAN是最好的解决方案
发光二极管的常见种类有哪些
激光熔覆再制造技术的应用发展方向
台达机电产品上辊万能卷板机解决方案
K6H pro:比AirPods更长续航,比Freebuds更人性化体验
赛灵思新一代RFSoC满足5G部署的关键需求
省空间抗浪涌,减少元器件数量,Vishay加强版厚膜电阻器Draloric RCS0805 e3
万用表如何区分PNP传感器和NPN型传感器
传台积电将收购记忆芯片公司DRAM?
物联网卡在灾前预警中的应用说明
视频监控系统是如何带给你安全感的
Ultravolt公司推出小于3立方英寸的高压电源D系列芯片
苹果iOS 14.2.1发布:修复大波bug