说说仪表设计中晶振的选型和使用 点击:292 | 回复:1



浅醉闲眠-王者之师

    
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发表于:2016-08-13 15:58:41
楼主

        晶振是晶体振荡器的简称,是仪表设计中的常用元件之一,现在的仪表电路基本上都离不开微处理器、A/D转换器或是定时计数单元等电路单元,在这些电路中驱动时钟是必不可少的单元之一,因此晶振的选型与使用在很大程度上影响着整个电路的性能与稳定性。
        在很多资料上是如下介绍晶振的,晶振在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。但实际使用时如果参数选择不合适,则很可能达不到上述介绍的效果,因此在选型和使用时还需要多加注意。
        我们在晶振选型时,除了考虑标称频率外,还有考虑另外两个重要参数,一是负载电容,另一则是频率稳定度。
        首先,说说负载电容,只有选择与负载电容值相等的并联电容器,才可以得到精确的与晶振标称的谐振频率相等的频率值。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,选型计算时取这两个电容串联的容量值等于晶振的负载电容值,但一定要注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。例如:晶振的负载电容为15p,再考虑元件引脚的等效输入电容,则可以选择两个22p或27p的电容构成晶振的振荡电路就比较合适。有些微处理器或ADC芯片都给出了等效电容的值或范围,这时,我们可以去该值或范围的中心值进行计算,然后取最接近的标称值即可。
        其次,再说说频率稳定度,根据精度要求确定频率稳定度,像AD转换电路一类的电路,对时钟频率稳定度要求是最低的,一般取±50ppm或±100ppm均可。不带通讯功能的仪表,微处理器的晶振频率稳定度也可以如此选择。而带通讯功能的仪表中,微处理器的晶振则要求要高些,至少要满足±30ppm或±20ppm或±10ppm或±5ppm等的更高稳定度,而像频率计、频率源表、时基表等,则对晶振有着很高的要求,必须小于±1ppm或±0.5ppm等更低的频率稳定度。选型时,对于频率稳定度要求±25ppm或以上的应用,可使用普通无源晶体振荡器即可。对于介于±5 至±25ppm 的稳定度,可以选择高稳定无补偿的无源晶振和带温补的有源TCXO晶振。对于低于±1ppm的稳定度,应该考虑选择有源恒温晶振。
        此外,对于无源晶振,有时还要考虑激励功率,一般选0.01mW-0.1mW激励功率的晶振,完全可以满足绝大多数电路的要求。对于有EMI要求的振荡电路设计时,就需要选取SEAM焊封4PAD的晶体谐振器,同时使用合理的接地方式,即可满足EMI防护的需求。

 



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