石英晶振晶体的设计考虑因素说明

系列与并行

"串联"谐振晶体用于电路在振荡器中不包含无功分量反馈回路.意图是"平行"共振晶体用于含有反应成分的电路中振荡器反馈环路中的(通常是电容器).这样电路取决于电抗的组合元件和石英晶体完成相移必须在指定的时间内启动和保持振荡频率.两个这样的电路的基本描述是如下所示.

图1

负载电容

这是指晶体外部的电容,包含在振荡器的反馈回路中电路.如果应用需要"并联”谐振晶体,必须指定负载电容的值.如果应用需要”串联”谐振晶体,负载电容不是一个因素,不需要指定.负载电容是测量的电容量或者在PCB上的晶体端子上计算.

频率容差

频率容差是指允许的晶振偏差来自名义,百万分之一(PPM),具体而言温度,通常+25℃.

频率稳定性

频率稳定性是指允许的偏差百万分之一(PPM),超过指定温度范围.偏差参考测量的频率在+25℃.

老化衰老

是指频率的累积变化随着时间的推移经历一个水晶单位.影响因素老化是驱动程度过高,各种热效应,电线疲劳和摩擦磨损.晶振,晶体谐振器电路设计结合低操作环境和最低限度驱动水平会降低老化率.

可调性

可调性是指石英晶体频率的变化单位,从自然共振频率(Fr)到a负载谐振频率(FL),或来自一个负载谐振频率到另一个.见图2.金额在给定的给定晶体单元表现出的可拉伸性负载电容值是分流器的函数电容(Co)和运动电容(C1)水晶单元.

图2

等效电路

等效电路,如图3所示,是电气的在a.操作时描绘石英晶体单元自然共振的频率.Co,或分流电容,代表晶振晶体的电容电极加上支架和引线的电容.R1,C1和L1构成晶体的"运动臂”并被称为运动参数.该运动电感(L1)代表振动质量晶体单元运动电容(C1),代表石英的弹性和阻力(R1)表示在石英内发生的体积损失.

图3

阻抗/电抗曲线

如图所示,晶体具有两个零相位频率在图4中,两者中的第一个或更低的是系列谐振频率,表示为(fs).此时,晶体在电路中出现电阻,阻抗在a最小和电流最大.作为频率增加超过系列点共振,晶体在电路中出现电感.当运动电感的电抗和并联电容取消,晶体处于频率反共振,表示为(fa).在此刻,阻抗最大化并且电流最小化.

图4

品质因数(Q)

晶体单元的"Q”值是单位的度量相对质量或振荡效率.该晶体单元的最大可达到的稳定性是取决于”Q”值.在上面的图8中,串联和并联频率之间的分离是叫做带宽.带宽越小,"Q”值越高,斜率越陡电抗.外部电路的电抗变化组件对高的影响较小("可拉性”较小)"Q”晶体,因此这样的部分更稳定.

负载电容的计算

如果电路配置如图1所示并联版本,负载电容可以通过以下等式计算：

公式图片

Cstray包括引脚到引脚的输入和输出晶体1处的微处理器芯片的电容和Crystal 2引脚,加上任何寄生电容.作为一个根据经验,可假设Cstray等于5.0pF.因此,如果CL1=CL2=50pF,则CL=30pF.

修剪灵敏度

修剪灵敏度是增量分数的度量频率变化,用于值的增量变化负载电容.表达修剪灵敏度(S)就PPM/pF而言,计算如下方程：

公式图片

其中(Ct)是Co和CL的总和.

表面贴装SMD晶振的焊料回流

SMD晶体单元的安装通常由以下方式完成图5中的焊料回流方式是红外线加热或气相.下图描绘了每个推荐的时间和温度这两种方法：

图5