無源晶振使用的場合特別多,大部分電路中都會使用到,這也是工程師在做電路設(shè)計中,需要了解了注意的一些問題。首先我們需要了解村田無源晶振有哪些基本特性,其次,我們需要知道村田無源晶振在使用中的基本公式等。
影響無源晶振穩(wěn)定性的主要有以下幾個參數(shù):驅(qū)動功率、負載電容和負性阻抗。為無源晶振的基本電路。外部的無源晶振、匹配電容和ic內(nèi)部的驅(qū)動部分一起組成整個的振蕩電路。
1)驅(qū)動功率
驅(qū)動功率表示振蕩晶體單元所需的電功率。如果驅(qū)動功率太小不足以驅(qū)動無源晶振,則會導(dǎo)致晶振不起振;如果驅(qū)動功率過大,則會導(dǎo)致輸出頻率偏移。這是因為功率過大會造成晶體的應(yīng)力,從而導(dǎo)致溫度升高。如果在晶體單元上施加過多的驅(qū)動功率,可能會使晶體惡化甚至損壞其特性。驅(qū)動功率可以通過下面的公式計算:
drivelevel=i2•re(w)
其中,i表示通過晶體單元的電流,re表示晶體單元的等效電阻。
那么如何避免這種問題呢?電阻rd常用來防止晶振被過分驅(qū)動,可用一臺示波器檢測osc輸出腳,如果檢測到非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合時鐘輸入需要,則晶振未被過分驅(qū)動;相反,如果正弦波形的波峰,波谷兩端被削平,而使波形成為方形,則晶振被過分驅(qū)動。這時就需要用電阻rd來防止晶振被過分驅(qū)動。判斷電阻rd大小的的方法就是串聯(lián)一個微調(diào)電阻,從0開始慢慢調(diào)高,一直到正弦波不在被削平為止,通過此辦法就可以找到的電阻rd值。
2)負載電容
理論上,當無源晶振電路的等效電容等于負載電容時,無源晶振輸出的頻率最準確。而電容具有充放電的功能,電容容值越大,放電越慢,電容容值越小,放電越快。如果測得的實際頻率比理論值偏小,說明振蕩器振蕩頻率偏慢,電容的放電太慢,等效電容大于負載電容,需要降低外部的匹配電容。負載電容公式如下:
cl=(cg//cd)+cs
即:cl=[(cgxcd)/(cg+cd)]+cs
其中,cg、cd表示匹配電容,cs表示雜散電容。
頻率容限和負載電容的特性關(guān)系,負載電容越大,頻率容限越小,輸出的頻率越容易調(diào)準。
3)負性阻抗
負性阻抗是用來評價振蕩回路品質(zhì)(q)的指標。在某些情況下(老化,溫度變化,電壓變化…等),振蕩回路會失效,回路可能不起振,因此負性阻抗(negativeresistance,-r)的確認就變得相對重要。穩(wěn)定的振蕩回路,負性阻抗(-r)至少為crystal阻抗的5倍以上。
1>串聯(lián)電阻r到crystal的輸出端(xout);
2>調(diào)整r值,使crystal由起振至停止振蕩;
3>當電路由起振至停止振蕩時,測量r值;
4>得到負性阻抗|-r|=r+re,re=r1(1+c0/cl)^2,r1就是esr的值。
通過上面的分析,負載電容cl是非常重要的因素。例如,負載電容小的晶體,驅(qū)動功率小,消耗電流小,啟動時間短,容易起振,同時也使頻率容限大和更壞的頻率穩(wěn)定度。因此在無源晶振選型時,需要充分考慮到這些特性,這樣才能設(shè)計出可靠的產(chǎn)品。
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