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晶振的技术指标与晶振的等效电气特性

本站为您提供的晶振的技术指标与晶振的等效电气特性,晶振全称为晶体振荡器,其作用在于产生原始的时钟频率,这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例,要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样,频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。

  晶振全称为晶体振动器,其效果在于发生原始的时钟频率,这个频率经过频率发生器的扩大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例,要完成对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样,频率发生器就必须供给一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。假如需求对这两种音频一起支撑的话,声卡就需求有两颗晶振。可是文娱级声卡为了降低成本,一般都选用SRC将输出的采样频率固定在48kHz,可是SRC会对音质带来危害,并且现在的文娱级声卡都没有很好地处理这个问题。

  晶振的技术目标与晶振的等效电气特性

  晶振一般叫做晶体谐振器,是一种机电器材,是用电损耗很小的石英晶体经精细切开磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性,假如给它通电,它就会发生机械振动,反之,假如给它机械力,它又会发生电,这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特色,其振动频率与他们的形状,资料,切开方向等密切相关。

  由于石英晶体物理性能十分安稳,热膨胀系数十分小,其振动频率也十分安稳,由于操控几许尺度能够做到很精细,因而,其谐振频率也很精确。依据石英晶体的机电效应,咱们能够把它等效为一个电磁振动回路,即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电。。的不断转化,由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转化。在电路中的运用实践上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗十分小,即Q值十分高,做振动器用时,能够发生十分安稳的振动,作滤波器用,能够获得十分安稳和陡削的带通或带阻曲线。

  晶振的技术目标

  总频差:在规则的时刻内,由于规则的作业和非作业参数悉数组合而引起的晶体振动器频率与给定标称频率的最大误差。

  阐明:总频差包含频率温度安稳度、频率老化率形成的误差、频率电压特性和频率负载特性等一起形成的最大频差。一般只在对短期频率安稳度关怀,而对其他频率安稳度目标不严格要求的场合选用。例如:精细制导雷达。

  频率安稳度:任何晶振,频率不安稳是肯定的,程度不同罢了。一个晶振的输出频率随时刻改变的曲线如图2。图中体现出频率不安稳的三种要素:老化、飘移和短稳。

  晶振的技术目标与晶振的等效电气特性

  曲线1是用0.1秒丈量一次的状况,体现了晶振的短稳;曲线3是用100秒丈量一次的状况,体现了晶振的漂移;曲线4 是用1天一次丈量的状况。体现了晶振的老化。

  频率温度安稳度:在标称电源和负载下,作业在规则温度规模内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大答应频偏。

  ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)

  ftref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|,|(fmin-fref)/fref|]

  ft:频率温度安稳度(不带隐含基准温度)

  ftref:频率温度安稳度(带隐含基准温度)

  fmax :规则温度规模内测得的最高频率

  fmin:规则温度规模内测得的最低频率

  fref:规则基准温度测得的频率

  阐明:选用ftref目标的晶体振动器其出产难度要高于选用ft目标的晶体振动器,故ftref目标的晶体振动器价格较高。

  开机特性(频率安稳预热时刻):指开机后一段时刻(如5分钟)的频率到开机后另一段时刻(如1小时)的频率的改变率。表明了晶振到达安稳的速度。这目标对常常开关的仪器如频率计等很有用。

  阐明:在大都运用中,晶体振动器是长时刻加电的,然而在某些运用中晶体振动器需求频频的开机和关机,这时频率安稳预热时刻目标需求被考虑到(尤其是关于在严苛环境中运用的军用通讯电台,当要求频率温度安稳度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),选用OCXO作为本振,频率安稳预热时刻将不少于5分钟,而选用MCXO只需求十几秒钟)。

  频率老化率:在安稳的环境条件下丈量振动器频率时,振动器频率和时刻之间的联系。这种长时刻频率漂移是由晶体元件和振动器电路元件的缓慢改变形成的,因而,其频率偏移的速率叫老化率,可用规则时限后的最大改变率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规则的时限内最大的总频率改变(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表明。

  晶体老化是由于在出产晶体的时分存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺点等问题。应力要经过一段时刻的改变才干安稳,一种叫“应力补偿”的晶体切开办法(SC切开法)使晶体有较好的特性。

  污染物和残留气体的分子会沉积在晶体片上或使晶体电极氧化,振动频率越高,所用的晶体片就越薄,这种影响就越凶猛。这种影响要经过一段较长的时刻才干逐步安稳,并且这种安稳跟着温度或作业状况的改变会有重复——使污染物在晶体外表再度会集或涣散。因而,频率低的晶振比频率高的晶振、作业时刻长的晶振比作业时刻短的晶振、接连作业的晶振比断续作业的晶振的老化率要好。

  阐明:TCXO的频率老化率为:±0.2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊状况,TCXO很少选用每天频率老化率的目标,由于即便在实验室的条件下,温度改变引起的频率改变也将大大超越温度补偿晶体振动器每天的频率老化,因而这个目标失去了实践的含义)。OCXO的频率老化率为:±0.5ppb~±10ppb/天(加电72小时后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。

  短稳:短期安稳度,调查的时刻为1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。

  晶振的输出频率遭到内部电路的影响(晶体的Q值、元器材的噪音、电路的安稳性、作业状况等)而发生频谱很宽的不安稳。丈量一连串的频率值后,用阿伦方程核算。相位噪音也相同能够反映短稳的状况(要有专用仪器丈量)。

  重现性:界说:晶振经长时刻作业安稳后关机,停机一段时刻t1(如24小时),开机一段时刻t2(如4小时),测得频率f1,再停机同一段时刻t1,再开机同一段时刻t2,测得频率f2。重现性=(f2-f1)/f2。

  频率压控规模:将频率操控电压从基准电压调到规则的结尾电压,晶体振动器频率的最小峰值改变量。

  阐明:基准电压为+2.5V,规则结尾电压为+0.5V和+4.5V,压控晶体振动器在+0.5V频率操控电压时频率改变量为-2ppm,在+4.5V频率操控电压时频率改变量为+2.1ppm,则VCXO电压操控频率压控规模表明为:≥±2ppm(2.5V±2V),斜率为正,线性为+2.4%。

  压控频率响应规模:当调制频率改变时,峰值频偏与调制频率之间的联系。一般用规则的调制频率比规则的调制基准频率低若干dB表明。

  阐明:VCXO频率压控规模频率响应为0~10kHz。

  频率压控线性:与抱负(直线)函数比较的输出频率-输入操控电压传输特性的一种测量,它以百分数表明整个规模频偏的可容许非线性度。

  阐明:典型的VCXO频率压控线性为:≤±10%,≤±20%。简略的VCXO频率压控线性核算办法为(当频率压控极性为正极性时):

  频率压控线性=±((fmax-fmin)/ f0)&TImes;100%

  fmax:VCXO在最大压控电压时的输出频率

  fmin:VCXO在最小压控电压时的输出频率

  f0:压控中心电压频率

  单边带相位噪声£(f):违背载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。

  输出波形:从大类来说,输出波形能够分为方波和正弦波两类。

  方波首要用于数字通讯体系时钟上,对方波首要有输出电平、占空比、上升/下降时刻、驱动才能等几个目标要求。

  跟着科学技术的迅猛发展,通讯、雷达和高速数传等相似体系中,需求高质量的信号源作为日趋杂乱的基带信息的载波。由于一个带有寄生调幅及调相的载波信号(不洁净的信号)被载有信息的基带信号调制后,这些抱负状况下不该存在的频谱成份(载波中的寄生调制)会导致所传输的信号质量及数传误码率显着变坏。所以作为所传输信号的载体,载波信号的洁净程度(频谱纯度)对通讯质量有着直接的影响。关于正弦波,一般需求供给例如谐波、噪声和输出功率等目标。

  晶振的等效电气特性

  1、 概念

  (1)晶片,石英晶体或晶体、晶振、石英晶体谐振器

  从一块石英晶体上按必定方位角切下薄片。

  (2)晶体振动器

  在封装内部增加IC组成振动电路的晶体元件称为晶体振动器。

  2、晶振等效电路

  晶振的技术目标与晶振的等效电气特性

  图1 展现了晶振等效的电路。R是ESR串联等效阻抗,L和C分别是晶振等效电感和等效电容。Cp是晶振的伴身电容,其极性取决于晶振的极性。

  图2 是晶振的电抗频谱线方程

  晶振的技术目标与晶振的等效电气特性

  依据方程,当晶振作业在串联谐振状况下时,电路就似一个纯电阻电路,感抗等于容抗(XL=XC)。串联谐振的频率为:

  晶振的技术目标与晶振的等效电气特性

  当晶振作业在并联谐振形式时,晶振体现为理性。该形式的作业频率由晶振的负载决议。关于并联谐振状况的晶振,晶振制造商应该指定负载电容CL。  在并联谐振形式下,电抗线中fs到fa的斜线区域内,经过调整晶振的负载,如图2,晶振都能够振动起来。

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