深圳市聚強晶體有限公司
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常見問題
不出(chu)意外(wai)，當你在選擇晶體(ti)振蕩(dang)器(qi)時，必須針對輸(shu)(shu)出(chu)頻率、頻率穩定度和溫度范圍、輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓和功(gong)率、輸(shu)(shu)出(chu)波形(xing)，以(yi)及封裝尺寸和外(wai)形(xing)等各(ge)種因(yin)進(jin)行全盤考慮…稍有(you)疏忽，就會導致意想不到的后果。
在設計中，大(da)多(duo)數的電子系(xi)統需要某種振蕩器作為關鍵功(gong)能區(qu)塊。一(yi)些典型的用途包(bao)括：
1，作(zuo)為時脈(mo)，用于同(tong)步操作(zuo)的數位系(xi)統中;
2，用于接收器或(huo)發射器的(de)穩定RF訊號;
3，用于精確測量(liang)的準(zhun)確頻率參(can)考;
4，或(huo)用于精確計時的(de)即(ji)時時脈。
系統規格以及振(zhen)蕩器怎樣才能發揮作用，將(jiang)決(jue)定晶體振(zhen)蕩器的大多數(shu)參數(shu)。
振(zhen)蕩(dang)器中的(de)關(guan)鍵元(yuan)件是(shi)(shi)諧振(zhen)器，它將控制頻(pin)(pin)率，以及(ji)確定(ding)所(suo)能實現的(de)穩定(ding)度。盡管采用(yong)(yong)電感-電容(rong)(LC)或(huo)電阻(zu)-電容(rong)(RC)諧振(zhen)器實現的(de)簡(jian)單(dan)振(zhen)蕩(dang)器可(ke)滿足一些(xie)應用(yong)(yong)的(de)要求，但是(shi)(shi)添加石英(ying)晶(jing)體將可(ke)大幅地將元(yuan)件的(de)頻(pin)(pin)率穩定(ding)度提高好幾(ji)個數量級(ji)，而且所(suo)需的(de)成本(ben)通常(chang)很(hen)小。
1.輸(shu)出(chu)頻率
任(ren)何振蕩器最基本(ben)的(de)屬性都是它(ta)所(suo)產生的(de)頻率。根據定(ding)義，振蕩器是接受輸入電壓(通常為直流(liu)(liu)電壓)并在某(mou)一頻率下產生重復交流(liu)(liu)(AC)輸出的(de)元件(jian)。所(suo)需的(de)頻率由系統類型(xing)以及如(ru)何使(shi)用該振蕩器所(suo)決(jue)定(ding)。
有(you)些應(ying)用需(xu)要kHz范圍(wei)的(de)(de)低(di)頻晶體(ti)(ti)。常見的(de)(de)例子是32.768kHz的(de)(de)手表(biao)晶體(ti)(ti)。 但是大多(duo)數的(de)(de)現有(you)應(ying)用都需(xu)要更高頻率的(de)(de)晶體(ti)(ti)，范圍(wei)大約(yue)從不到(dao)10MHz到(dao)大于(yu)100MHz之間。
2.頻率穩定度和溫度范圍
所(suo)需(xu)的頻(pin)(pin)率穩定度(du)由(you)系統的要(yao)求(qiu)決定。振蕩器的穩定度(du)可簡單地表述(shu)為：由(you)于某些現象引(yin)起的頻(pin)(pin)率變(bian)化除以中(zhong)心頻(pin)(pin)率。公式(shi)為：
穩(wen)定度=頻(pin)(pin)率變化÷中心(xin)頻(pin)(pin)率
例如，如果振(zhen)蕩(dang)器(qi)輸出頻率為10MHz，而且隨溫(wen)度(du)(du)變(bian)化了10Hz，則其溫(wen)度(du)(du)穩定(ding)度(du)(du)為：10/10,000,000 = 1x10-6=1ppm。晶(jing)體振(zhen)蕩(dang)器(qi)的典型(xing)穩定(ding)度(du)(du)可以在100ppm至0.001ppm之間。頻率穩定(ding)度(du)(du)通常(chang)視應用需(xu)求決定(ding)，并進而確定(ding)所(suo)需(xu)要的晶(jing)體振(zhen)蕩(dang)器(qi)類型(xing)。振(zhen)蕩(dang)器(qi)必須工作的溫(wen)度(du)(du)范(fan)圍是(shi)確定(ding)可達到(dao)穩定(ding)度(du)(du)的主(zhu)要因素(su)。
3.晶體振蕩器類型
簡(jian)單晶(jing)(jing)體(ti)振蕩器(qi)(XO)： 這是最基本(ben)(ben)的(de)類(lei)型，其(qi)穩(wen)定(ding)度(du)(du)(du)完全由晶(jing)(jing)體(ti)諧振器(qi)本(ben)(ben)身(shen)的(de)固(gu)有特性(xing)決定(ding)。 在MHz范(fan)圍(wei)內的(de)較高頻(pin)率晶(jing)(jing)體(ti)由石(shi)(shi)英(ying)棒制成，其(qi)制造方(fang)式是即(ji)使環境溫度(du)(du)(du)在-55℃至+125℃(-67°F至 +257°F)之間變化，也可(ke)提供相對穩(wen)定(ding)的(de)頻(pin)率。即(ji)使在這么寬的(de)溫度(du)(du)(du)范(fan)圍(wei)內，適當(dang)切割的(de)石(shi)(shi)英(ying)晶(jing)(jing)體(ti)也可(ke)實(shi)現±25ppm的(de)穩(wen)定(ding)度(du)(du)(du)。與諸如隨(sui)溫度(du)(du)(du)變化可(ke)達1%(10,000ppm)或更高的(de)LC振蕩電(dian)路等其(qi)它(ta)被動諧振器(qi)相較，晶(jing)(jing)體(ti)振蕩器(qi)的(de)性(xing)能已(yi)大(da)幅(fu)提升了。但對于(yu)某些應用來說，即(ji)使25ppm也不夠好，因此必(bi)須(xu)采用額外措施(shi)。
溫(wen)度(du)(du)補(bu)償晶體(ti)振蕩器(qi)(TCXO)： 如果固有頻(pin)率與石英晶體(ti)的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)穩定度(du)(du)無法滿(man)足(zu)應用(yong)要(yao)求，就可以采用(yong)溫(wen)度(du)(du)補(bu)償單元(yuan)。TCXO使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)感測元(yuan)件(jian)以及產生電(dian)壓曲(qu)線的(de)(de)電(dian)路，在整個溫(wen)度(du)(du)范(fan)圍內，該(gai)電(dian)壓曲(qu)線與晶體(ti)的(de)(de)頻(pin)率變化趨勢完全相反(fan)，所以可理想地抵消晶體(ti)的(de)(de)漂(piao)移。根(gen)據TCXO的(de)(de)類型和溫(wen)度(du)(du)范(fan)圍，TCXO的(de)(de)典型穩定度(du)(du)規范(fan)范(fan)圍為(wei)小于±0.5ppm至±5ppm。
恒溫控制晶(jing)體振(zhen)蕩器(qi)(OCXO)： 對于某些(xie)應用，TCXO的(de)頻(pin)(pin)率(lv)-溫度(du)(du)(du)穩(wen)定(ding)度(du)(du)(du)指標仍無法(fa)滿足要求。在(zai)這些(xie)情況下，可能(neng)需要OCXO。顧名(ming)思義，具有(you)烤腔的(de)振(zhen)蕩器(qi)將晶(jing)體加(jia)熱(re)(re)到(dao)更高溫度(du)(du)(du)，但仍受(shou)控制，使得(de)環(huan)境溫度(du)(du)(du)即使變化大(da)，晶(jing)體的(de)溫度(du)(du)(du)也保(bao)持穩(wen)定(ding)。由(you)于晶(jing)體的(de)溫度(du)(du)(du)和(he)振(zhen)蕩器(qi)的(de)敏(min)感部(bu)份(fen)變化很小，頻(pin)(pin)率(lv)-環(huan)境溫度(du)(du)(du)穩(wen)定(ding)度(du)(du)(du)得(de)到(dao)顯(xian)著改善。在(zai)環(huan)境溫度(du)(du)(du)范圍內(nei)，OCXO的(de)穩(wen)定(ding)度(du)(du)(du)可以(yi)達到(dao)0.001ppm。然而，這種穩(wen)定(ding)度(du)(du)(du)的(de)提(ti)升是以(yi)增加(jia)功(gong)耗為代價的(de)，將熱(re)(re)量提(ti)供給烤腔當(dang)然需要能(neng)量。典型的(de)OCXO可能(neng)需要1到(dao)5W的(de)功(gong)率(lv)以(yi)維持內(nei)部(bu)溫度(du)(du)(du)。在(zai)開機后(hou)，還需要等待溫度(du)(du)(du)和(he)頻(pin)(pin)率(lv)穩(wen)定(ding)的(de)暖機時(shi)間(jian)，取決于晶(jing)體振(zhen)蕩器(qi)的(de)類型，暖機時(shi)長通常從(cong)1分鐘(zhong)到(dao)10多分鐘(zhong)。
壓(ya)控晶體振蕩(dang)器(qi)(VCXO)： 在一些(xie)(xie)應用(yong)中，期望能(neng)夠調(diao)諧(xie)或調(diao)整振蕩(dang)器(qi)的(de)頻率(lv)，以便將其鎖相到(dao)鎖相環(PLL)中的(de)參(can)考，或可能(neng)用(yong)于調(diao)節波(bo)形。VCXO透過電子頻率(lv)控制(EFC)電壓(ya)輸入(ru)，提供(gong)了這項功能(neng)。對于某些(xie)(xie)專用(yong)元(yuan)件，VCXO的(de)調(diao)諧(xie)范圍規格可能(neng)在±10ppm到(dao)±100ppm(甚至更高)。
TCVCXO和VCOCXO： TCXO或OCXO通常(chang)包括EFC輸(shu)入電(dian)壓，使其得以進行調整，以便將(jiang)輸(shu)出頻率精確地校準為標稱值。
圖1：（通(tong)用振蕩器方塊圖）
（圖2：不同晶(jing)體振蕩器類型的頻率與溫度(du)穩定度(du)）
4.輸(shu)入(ru)電壓和(he)功(gong)率(lv)
任何類型的(de)晶(jing)體(ti)振蕩器(qi)通常都可(ke)以被(bei)設計(ji)為利(li)用(yong)系(xi)(xi)統中已有的(de)DC輸(shu)入供電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓來操作。在(zai)數位系(xi)(xi)統中，通常希望使用(yong)電(dian)(dian)壓，以匹配(pei)系(xi)(xi)統中邏(luo)輯元件(jian)(jian)(jian)所用(yong)的(de)電(dian)(dian)壓;該系(xi)(xi)統中將驅動振蕩器(qi)，使其(qi)得(de)以直接相容(rong)于邏(luo)輯電(dian)(dian)平。+3.3V或(huo)+5V是這些(xie)(xie)數位單(dan)元的(de)典型輸(shu)入。具有較高功率輸(shu)出的(de)其(qi)它元件(jian)(jian)(jian)可(ke)以使用(yong)較高電(dian)(dian)壓，例如+12V或(huo)+15V。另一(yi)個(ge)考慮因素是為元件(jian)(jian)(jian)供電(dian)(dian)所需的(de)電(dian)(dian)流量(liang)。XO或(huo)TCXO可(ke)能只(zhi)需要幾mA，因此在(zai)低電(dian)(dian)壓系(xi)(xi)統中，其(qi)功耗可(ke)以小(xiao)于0.01W。另一(yi)方面，在(zai)上電(dian)(dian)時，一(yi)些(xie)(xie)OCXO可(ke)能需要5W或(huo)6W。
5.輸出(chu)波形(xing)
然后要(yao)(yao)選擇輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)波形(xing)以(yi)匹(pi)配振蕩(dang)(dang)器(qi)將在(zai)系統(tong)中驅(qu)動的(de)(de)(de)(de)負(fu)載。最(zui)常(chang)見的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)之一是CMOS，以(yi)驅(qu)動邏輯(ji)電平輸(shu)(shu)入(ru)。CMOS輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)將是在(zai)接(jie)地和(he)(he)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)Vdd軌(gui)之間(jian)擺動的(de)(de)(de)(de)方(fang)波。對于高于約(yue)100MHz的(de)(de)(de)(de)較(jiao)高頻率，通(tong)(tong)常(chang)使用(yong)差分方(fang)波。這(zhe)些振蕩(dang)(dang)器(qi)具(ju)有(you)兩個180°反相的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)、具(ju)有(you)快速上(shang)升和(he)(he)下降(jiang)時間(jian)以(yi)及非常(chang)小的(de)(de)(de)(de)抖動。最(zui)通(tong)(tong)用(yong)的(de)(de)(de)(de)類(lei)型是LVPECL和(he)(he)LVDS。如(ru)(ru)果(guo)振蕩(dang)(dang)器(qi)用(yong)于驅(qu)動RF元(yuan)(yuan)件(jian)(如(ru)(ru)混頻器(qi)或其它具(ju)有(you)50Ω輸(shu)(shu)入(ru)阻抗(kang)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)件(jian))，則(ze)通(tong)(tong)常(chang)會(hui)指定某(mou)個功率級的(de)(de)(de)(de)正弦波輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)。盡(jin)管如(ru)(ru)果(guo)需要(yao)(yao)可以(yi)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)更高功率，但一般(ban)產生的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)功率通(tong)(tong)常(chang)在(zai)0dBm到(dao)+13dBm(1mW到(dao)20mW)之間(jian)。
6.封裝尺寸和外形
取決于(yu)振(zhen)(zhen)蕩(dang)器的類型(xing)和(he)規格，對(dui)于(yu)晶體振(zhen)(zhen)蕩(dang)器封(feng)裝(zhuang)的要求(qiu)將(jiang)大(da)(da)相逕庭。簡單(dan)的時脈振(zhen)(zhen)蕩(dang)器和(he)一(yi)些TCXO可(ke)以(yi)(yi)安裝(zhuang)在小至1.2×2.5mm2的封(feng)裝(zhuang)中;而一(yi)些OCXO可(ke)以(yi)(yi)大(da)(da)到50×50mm2，對(dui)某些特定設計，甚至可(ke)以(yi)(yi)更(geng)大(da)(da)。雖然一(yi)些通孔封(feng)裝(zhuang)，如(ru)雙列直插(cha)式(shi)4或(huo)(huo)14接腳類型(xing)仍然用(yong)(yong)于(yu)較大(da)(da)的元件(如(ru)OCXO或(huo)(huo)專(zhuan)用(yong)(yong)TCXO)，但目(mu)前大(da)(da)多數的設計都(dou)使用(yong)(yong)表(biao)面黏著封(feng)裝(zhuang)。這些表(biao)面黏著配(pei)置可(ke)以(yi)(yi)是(shi)密封(feng)的陶瓷封(feng)裝(zhuang)，或(huo)(huo)是(shi)基于(yu)FR-4、具有(you)用(yong)(yong)于(yu)I/O建構的元件。
終上所述，在你(ni)(ni)選(xuan)擇(ze)晶振(zhen)的(de)時候有(you)很(hen)多選(xuan)擇(ze)，很(hen)多注(zhu)意的(de)因素。然而當你(ni)(ni)全盤考(kao)慮(lv)這些因素后，你(ni)(ni)將(jiang)會找到(dao)一款合適(shi)的(de)晶體振(zhen)蕩器。
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上一條：晶振頻點應用領域