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石英晶體與石英晶體振蕩器的分類應(yīng)用以及重要參數(shù)須知

2017-12-15 19:08:45 

晶振它有分為很多種,原名叫壓電石英晶體,晶體振蕩器,又叫石英晶振,又分為普通石英晶振,有源石英晶振,壓控晶體振蕩器,溫補(bǔ)晶振,恒溫晶振等產(chǎn)品.

石英晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類型.無(wú)源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同,無(wú)源晶振為crystal（晶體）,而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）.無(wú)源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào).


自身無(wú)法振蕩起來(lái),所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器.石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件.石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來(lái)起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來(lái)工作的.壓控振蕩器直接應(yīng)用于電路中,諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來(lái)維持工作.振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻（RR）,諧振器沒(méi)有電阻要求.RR的大小直接影響電路的性能,因此這是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù).晶振除了本身有帶負(fù)載電容之外,還需要外結(jié)兩個(gè)穩(wěn)定電容來(lái)調(diào)諧晶振的穩(wěn)定度,使晶振偏差范圍縮小.


負(fù)載特性:其他條件保持不變,負(fù)載在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對(duì)于標(biāo)稱負(fù)載下的輸出頻率的最大允許頻偏.
電壓特性:其他條件保持不變,電源電壓在規(guī)定變化范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率相對(duì)于標(biāo)稱電源電壓下的輸出頻率的最大允許頻偏.
頻率準(zhǔn)確度:在標(biāo)稱電源電壓、標(biāo)稱負(fù)載阻抗、基準(zhǔn)溫度（25℃）以及其他條件保持不變,晶體振蕩器的頻率相對(duì)與其規(guī)定標(biāo)稱值的最大允許偏差,即（fmax-fmin）/f0；
開機(jī)特性:在規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間內(nèi),振蕩器頻率值的最大變化,用V=（fmax-fmin）/f0表示.
相位噪聲:短期穩(wěn)定度的頻域量度.用單邊帶噪聲與載波噪聲之比£（f）表示,£（f）與噪聲起伏的頻譜密度Sφ（f）和頻率起伏的頻譜密度Sy（f）直接相關(guān),由下式表示：
f2S（f）=f02Sy（f）=2f2£（f）

f—傅立葉頻率或偏離載波頻率；f0—載波頻率.

溫度穩(wěn)定度:其他條件保持不變,在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對(duì)于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值,即（fmax-fmin）/（fmax+fmin）.


頻率老化:在規(guī)定的環(huán)境條件下,由于元件（主要是石英諧振器）老化而引起的輸出頻率隨時(shí)間的系統(tǒng)漂移過(guò)程.通常用某一時(shí)間間隔內(nèi)的頻差來(lái)量度.對(duì)于高穩(wěn)定晶振,由于輸出頻率在較長(zhǎng)的工作時(shí)間內(nèi)呈近似線性的單方向漂移,往往用老化率（單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)頻率變化）來(lái)量度.
頻率調(diào)節(jié)范圍:通過(guò)調(diào)節(jié)晶振的某可變?cè)淖冚敵鲱l率的范圍.
調(diào)頻（壓控）特性:包括調(diào)頻頻偏、調(diào)頻靈敏度、調(diào)頻線性度.
①調(diào)頻靈敏度：壓控晶體振蕩器變化單位外加控制電壓所引起的輸出頻率的變化量.
②調(diào)頻線性度：是一種與理想直線（最小二乘法）相比較的調(diào)制系統(tǒng)傳輸特性的量度.
③調(diào)頻頻偏：壓控晶體振蕩器控制電壓由標(biāo)稱的最大值變化到最小值時(shí)輸出頻率差.
雜波:輸出信號(hào)中與主頻無(wú)諧波（副諧波除外）關(guān)系的離散頻譜分量與主頻的功率比,用dBc表示.
諧波:諧波分量功率Pi與載波功率P0之比,用dBc表示.

日波動(dòng):指振蕩器經(jīng)過(guò)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后,每隔一小時(shí)測(cè)量一次,連續(xù)測(cè)量24小時(shí),將測(cè)試數(shù)據(jù)按S=（fmax-fmin）/f0式計(jì)算,得到日波動(dòng).


晶振在經(jīng)過(guò)頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率.以聲卡為例,要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)44.1kHz或48kHz的采樣,頻率發(fā)生器就必須提供一個(gè)44.1kHz或48kHz的時(shí)鐘頻率.如果需要對(duì)這兩種音頻同時(shí)支持的話,聲卡就需要有兩顆晶振.但是娛樂(lè)級(jí)聲卡為了降低成本,通常都采用SRC將輸出的采樣頻率固定在48kHz,但是SRC會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來(lái)?yè)p害,而且現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡都沒(méi)有很好地解決這個(gè)問(wèn)題.
晶振一般叫做晶體諧振器,是一種機(jī)電器件,是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成.這種晶體有一個(gè)很重要的特性,如果給它通電,它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩,反之,如果給它機(jī)械力,它又會(huì)產(chǎn)生電,這種特性叫機(jī)電效應(yīng).
他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn),其振蕩頻率與他們的形狀,材料,切割方向等密切相關(guān).由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定,熱膨脹系數(shù)非常小,其振蕩頻率也非常穩(wěn)定,由于控制幾何尺寸可以做到很精密,因此,其諧振頻率也很準(zhǔn)確.根據(jù)石英晶振的機(jī)電效應(yīng),我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路,即諧振回路.他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電的不斷轉(zhuǎn)換,由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng)-磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換.在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回路.由于石英晶體的損耗非常小,即Q值非常高,做振蕩器用時(shí),可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩,作濾波器用,可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線.

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