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          名詞解釋

          石英晶體諧振器

          發布日期:2019-11-18 點擊次數:1460
           一、術語解釋
          1、 標稱頻率:晶體技術條件中規定的頻率,通常標識在產品外殼上。
          2、 工作頻率:晶體與工作電路共同產生的頻率。
          3、 調整頻差:在規定條件下,基準溫度(25±2℃)時工作頻率相對于標稱頻率所允許的偏差。
          4、 溫度頻差:在規定條件下,在工作溫度范圍內相對于基準溫度(25±2℃)時工作頻率的允許偏差。
          5、 老化率:在規定條件下,晶體工作頻率隨時間而允許的相對變化。以年為時間單位衡量時稱為年老化率。
          6、 靜電容:等效電路中與串聯臂并接的電容,也叫并電容,通常用C0表示。
          7、 負載電容:與晶體一起決定負載諧振頻率fL的有效外界電容,通常用CL表示。負載電容系列是:8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100PF。只要可能就應選推薦值:10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。
          8、 負載諧振頻率(fL):在規定條件下,晶體與一負載電容相串聯或相并聯,其組合阻抗呈現為
          電阻性時的兩個頻率中的一個頻率。在串聯負載電容時,負載諧振頻率是兩個頻率中較低的一個,在并聯負載電容時,則是兩個頻率中較高的一個。
          9、 動態電阻:串聯諧振頻率下的等效電阻。用R1表示。
          10、 負載諧振電阻:在負載諧振頻率時呈現的等效電阻。用RL表示?!L=R1(1+C0/CL)2
          11、 激勵電平:晶體工作時所消耗功率的表征值。激勵電平可選值有:2mW、1mW、0.5mW、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW等12、 基頻:在振動模式最低階次的振動頻率。
          13、 泛音:晶體振動的機械諧波。泛音頻率與基頻頻率之比接近整數倍但不是整數倍,這是它與電氣諧波的主要區別。泛音振動有3次泛音,5次泛音,7次泛音,9次泛音等。
          二、應用指南
          石英晶體諧振器根據其外型結構不同可分為HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/S·SMD、UM-1、UM-5及柱狀晶體等。
          HC-49U適用于具有寬闊空間的電子產品如通信設備、電視機、電話機、電子玩具中。
          HC-49U/S適用于空間高度受到限制的各類薄型、小型電子設備及產品中。
          HC-49U/S·SMD為準表面貼裝型產品,適用于各類超薄型、小型電腦及電子設備中。
          柱狀石英晶體諧振器適用于空間狹小的穩頻計時電子產品如計時器、電子鐘、計算器等。
          UM系列產品主要應用于移動通訊產品中,如BP機、移動手機等。

          石英晶體諧振器主要用于頻率控制和頻率選擇電路。本指南有助于確保不出現性能不滿意、成本不合適及可用性不良等現象。
          1、 振動模式與頻率關系: 
          基頻   1~35MHz
          3次泛音 10~75MHz 
          5次泛音 50~150MHz
          7次泛音 100~200MHz
          9次泛音 150~250MHz
          2、 晶體電阻:對于同一頻率,當工作在高次泛音振動時其電阻值將比工作在低次振動時大。"信號源+電平表"功能由網絡分析儀完成
          Ri、R0:儀器內阻:一般為50Ω
          R1--濾波器輸入端外接阻抗,阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。
          R2--濾波器輸出端外接阻抗,阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。
          在濾波器條件的匹配阻抗中有時有并接電容要求,應按上圖連接。
          3、 工作溫度范圍與溫度頻差:在提出溫度頻差時,應考慮設備工作引起的溫升容限。當對溫度頻差要求很高,同時空間和功率都允許的情況下,應考慮恒溫工作,恒溫晶體振蕩器就是為此而設計的。
          4、 負載電容與頻率牽引:在許多應用中,都有用一負載電抗元件來牽引晶體頻率的要求,這在鎖相環回路及調頻應用中非常必要,大多數情況下,這個負載電抗呈容性,當該電容值為CL時,則相對負載諧振頻率偏移量為:DL=C1/[2(C0+CL)]。而以CL作為可調元件由DL1調至DL2時,相對頻率牽引為:
          DL1,L2= C1(CL1-CL2)/[2(C0+CL1)(C0+CL2)]。
          5、 負載電容的選擇:晶體工作在基頻時,其負載電容的標準值為20PF、30PF、50PF、100PF。而泛音晶體經常工作在串聯諧振,在使用負載電容的地方,其負載電容值應從下列標準值中選擇:8PF、12PF、15PF、20PF、30PF。
          6、 激勵電平的影響:一般來講,AT切晶體激勵電平的增大,其頻率變化是正的。激勵電平過高會引起非線性效應,導致可能出現寄生振蕩;嚴重熱頻漂;過應力頻漂及電阻突變。當激勵電平過低時則會造成起振阻力不易克服、工作不良及指標的不穩定。
           濾波電路
          7、 濾波電路中的應用:應用于濾波電路中時,除通常的規定外,更應注意其等效電路元件的數值和誤差以及寄生響應的位置和幅度,由于濾波晶體設計的特殊性,所以用戶選購時應特別說明。

          石英晶體濾波器
          一、術語解釋
          1、 插入損耗:信號源直接傳送給負載阻抗的功率
          (P0)和插入濾波器后傳送給負載阻抗的功率
          (P1)之比的對數值。通常用分貝
          (dB)為單位進行度量,表示為IL=10 lg (P0/ P1)。
          2、 通帶波動:通帶內衰耗的最大峰值與最小谷值之差。
          3、 通帶寬度;指相對衰耗小于和等于某一規定值時的頻率寬度(如1dB、2dB、3dB、6dB等)。
          4、 阻帶衰耗:指整個阻帶內的最小衰耗值。
          5、 阻帶寬度:相對衰耗等于和大于某規定值時的頻帶寬度(如40dB、50dB、60dB、80dB等)。
          6、 匹配阻抗:濾波器技術條件中要求的端接匹配阻抗值。
          二、應用指南
          石英晶體濾波器根據其結構不同分為集成式單片濾波器分離式濾波器。   
          集成式濾波器結構簡單、體積小、價格低,但其帶寬和頻率受到限制,分離式濾波器則可以彌補集成式濾波器的不足,使可實現的頻率和帶寬得以拓展。   
          數字通訊技術的發展,對晶體濾波器的群延時特性及互調失真指標提出要求,而分離式濾波器能夠較容易解決。
          1、 阻抗匹配:性能優良的濾波器在與其端接的電路阻抗不匹配時,濾波特性會變差,引起通帶波動增大,插損增加。當外電路阻抗低于濾波器特性阻抗時,中心頻率將下移,反之上移。濾波器的測試或使用應符合以下原理圖
          濾波器
          "信號源+電平表"功能由網絡分析儀完成
          Ri、R0:儀器內阻:一般為50Ω
          R1--濾波器輸入端外接阻抗,阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。
          R2--濾波器輸出端外接阻抗,阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。
          在濾波器條件的匹配阻抗中有時有并接電容要求,應按上圖連接。
          2、 合理的測量電平;如同晶體對激勵電平的要求一樣,濾波器中其核心元件仍是晶體,因此激勵電平在沒有規定時,一般選0dB作為輸入電平。
          3、 良好的屏蔽:對濾波器的輸入端和輸出端進行良好屏蔽,以使信號源的能量不能直接耦合到負載端。對甚高頻以上濾波器,則應使濾波器與儀器間的連接盡量符合同軸線原理。濾波器在線路上時應盡可能采用大面積接地,并將輸入、輸出端隔離,保證濾波器的阻帶衰耗。
          石英晶體振蕩器(簡稱晶振)
          一、術語解釋
          1、頻率準確度:在規定條件下,晶振輸出頻率相對于標稱頻率的允許偏離值。常用其相對值表示。
          2、頻率穩定度:   
          2.1[時域表征]   
          ⑴ 在規定條件下,晶振內部元件由于老化而引起的輸出頻率隨時間的漂移。通常用某一時間間隔內的老化頻差的相對值來量度(如日、月或年老化率等)。   
          ⑵ 日穩定度(或稱日波動):指晶振輸出頻率在24小時內的變化情況。通常用其最大變化的相對值來表示。
          2.2[頻域表征]   
          ⑴ 單邊相位噪聲功率譜密度,晶振輸出信號的頻譜中,用偏離載頻f Hz處每Hz帶寬內單邊相位噪聲功率與信號功率之比的分貝(dB)量,可寫作 £(f)單位為dB/Hz。   
          ⑵ 頻譜純度:是量度晶振內部噪聲及雜散譜的尺度。通常用單邊噪聲功率譜密度來表示。
          3、輸出波形:有正弦波和方波兩種。
          4、輸出幅度:在接入額定負載的規定條件下,晶振輸出的均方根值電壓。
          5、頻率溫度特性:當環境溫度在規定范圍內按預定方式變化時,晶振的輸出頻率產生的相對變化特性
          6、壓控線性度:指壓控晶振輸出頻率與壓控電壓曲線偏離線性的程度。
          二、應用指南
          根據晶振的不同使用要求及特點,通常分為以下幾類:普通晶振、溫補晶振、壓控晶振、溫控晶振等。安裝晶振時,應根據其引腳功能標識與應用電路應連接,避免電源引線與輸出引腳相接輸出。 
          在測試和使用時所供直流電源應沒有足以影響其準確度的紋波含量,交流電壓應無瞬變過程。測試儀器應有足夠的精度,連線合理布置,將測試及外圍電路對晶振指標的影響降至最低。 AT切型晶體的頻率溫度特性曲線如下:
          晶振指標
          1、普通晶振(PXO):是一種沒有采取溫度補償措施的晶體振蕩器,在整個溫度范圍內,晶振的頻率穩定度取決于其內部所用晶體的性能,頻率穩定度在10-5量級,一般用于普通場所作為本振源或中間信號,是晶振中最廉價的產品。
          2、溫補晶振(TCXO):是在晶振內部采取了對晶體頻率溫度特性進行補償,以達到在寬溫溫度范圍內滿足穩定度要求的晶體振蕩器。一般模擬式溫補晶振采用熱敏補償網絡。補償后頻率穩定度在10-7~10-6量級,由于其良好的開機特性、優越的性能價格比及功耗低、體積小、環境適應性較強等多方面優點,因而獲行了廣泛應用。
          3、恒溫晶振(OCXO):采用精密控溫,使電路元件及晶體工作在晶體的零溫度系數點的溫度上。中精度產品頻率穩定度為10-7~10-8,高精度產品頻率穩定度在10-9量級以上。主要用作頻率源或標準信號。
          4、壓控晶振(VCXO):是一種可通過調整外加電壓使晶振輸出頻率隨之改變的晶體振蕩器,主要用于鎖相環路或頻率微調。壓控晶振的頻率控制范圍及線性度主要取決于電路所用變容二極管及晶體參數兩者的組合。
          1、 晶振:即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時鐘振蕩器的統稱。不過由于在消費類電子產品中,諧振器用的更多,所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了。后者就是通常所指鐘振。
          2、 分類。首先說一下諧振器。
          諧振器一般分為插件(Dip)和貼片(SMD)。插件中又分為HC-49U、HC-49U/S、音叉型(圓柱)。HC-49U一般稱49U,有些采購俗稱“高型”,而HC-49U/S一般稱49S,俗稱“矮型”。音叉型按照體積分可分為3*8,2*6,1*5,1*4等等。貼片型是按大小和腳位來分類。例如7*5(0705)、6*3.5(0603),5*3.2(5032)等等。腳位有4pin和2pin之分。
          而振蕩器也是可以分為插件和貼片。插件的可以按大小和腳位來分。例如所謂全尺寸的,又稱長方形或者14pin,半尺寸的又稱為正方形或者8pin。不過要注意的是,這里的14pin和8pin都是指振蕩器內部核心IC的腳位數,振蕩器本身是4pin。而從不同的應用層面來分,又可分為OSC(普通鐘振),TCXO(溫度補償),VCXO(壓控),OCXO(恒溫)等等。
          3、 基本術語。我想這也是很多采購同學比較模糊的地方。這里我選了一些常用的諧振器術語拿來做一下解釋。
          Frequency Tolerance(調整頻差):在規定條件下,在基準溫度(25±2℃)與標稱頻率允許的偏差。一般用PPm(百萬分之)表示。
          Frequency Stability(溫度頻差):指在規定的工作溫度范圍內,與標稱頻率允許的偏差。用PPm表示。
          Aging(年老化率):在規定條件下,晶體工作頻率隨時間而允許的相對變化。以年為時間單位衡量時稱為年老化率。
          Shunt Capacitance(靜電容):等效電路中與串聯臂并接的電容,也叫并電容,通常用C0表示。
          Load Capacitance(負載電容):與晶體一起決定負載諧振頻率fL的有效外界電容,通常用CL表示。
          一般最關注的參數有2個,即調整頻差,負載電容。有一部分對溫度頻差有要求。如果工作溫度范圍比較廣,則會對工作溫度范圍有所要求,即所謂寬溫。
          4、 選用。主要講講諧振器。理論上來說,只要參數確定,選任何一種型號都是可以正常使用的。例如49U和49S替換,49S和圓柱以及和貼片替換,都是沒有問題的。但在實際選擇中會根據電路特點,成本以及便利性來考量和選擇。一般來說,簡單的應用中主要都是從成本在考慮。但是有些產品或者電路會對晶振的等效電阻,激勵功率等等提出要求,所以就會在不同的型號中加以選擇。另外,貼片則主要是為了適應產品日益小型化和提高生產效率的要求。聽到有些采購朋友說,只能選49S而不能用49U或者反之,這是一個小誤區。呵呵。
          鐘振的選擇則主要決定產品電路的特性的要求,一般來說鐘振在精密性以及需要達到相關應用的要求會更好。例如手機,通信機站,衛星等等。手機用到晶振系列的比較多。如果是手機主板上用的,目前主流是Tcxo的小尺寸貼片的,此類基本上由國外廠家把持,以日本尤盛。不過現在出現一個趨勢,就是有一部分已經可以用貼片的諧振器替代,如5032型的。在貼片諧振器一塊,國內基本上有那么三四家可以做到。而廠家分布以臺灣、日本和美國為主。
          如果是手機其他部分,比如顯示模塊,攝像模塊等,則晶振應用部分一般為較普通的46SMD或者是小尺寸陶瓷貼片。49SMD不用說了,小尺寸陶瓷貼片國內基本上作到的極限為2.5*2.0以上,所以不幸的是此塊目前主流的仍然是日本和韓國。
          晶振:石英晶體振蕩器(crystal oscillator),
          諧振器(Resonator):在電路中等效作用是一個具有選頻作用的網絡,是振蕩電路核心元器件,決定了振蕩器的頻率穩定度(Frequency stability)種類有:石英晶體,陶瓷,LC,介質等材料的諧振器。石英晶體與放大電路配合如果行成正反饋,并且回路放大系數大于一則產生自激振蕩信號。這就是石英晶體器的基本原理。
          1、諧振器和鐘振在原理上的區別又在哪呢?在設計時如何決定選用鐘振還是諧振器件?
          2、說到VCXO,在選用時哪些指標必須得測試,如何測試呢?曾經碰到過這樣得情況,同樣的電路,選用KDS的VCXO沒問題,其他廠家的貼上去系統就工作不起來,你用示波器去測量時鐘電路的輸出,看不出任何不同。1諧振器和鐘振他們的卻別在于諧振器是最簡單的沒有任何補償的振蕩器,而我們通常說的鐘振是由一個諧振器加上ic組成一個回路而實現其自身的功能。以vcxo為例:壓控晶體振蕩器(VCXO)是通過紅外加控制電壓使振蕩效率可變或是可以調制的石英晶體振蕩器。VCXO主要由石英諧振器、變容二極管和振蕩電路組成,其工作原理是通過控制電壓來改變變容二極管的電容,從而“牽引”石英諧振器的頻率,以達到頻率調制的目的。VCXO大多用于鎖相技術、頻率負反饋調制的目的。而決定如何選用也應該很清楚了吧? 
          深圳市晶友嘉電子有限公司在頻率器件行業已發展超過14年, 具備國際標準體系ISO9001、ISO14001等認證, 在深圳建有生產基地,能快速化響應市場需求,供應性能穩定和高性價比的貼片和插件晶振;
                貼片晶振產品廣泛的應用在電源管理、儀器儀表、PC及周邊小家電、通訊產品、邏輯電路、應用于DVB (數字機頂盒)、GPS(衛星定位)、DVD及數碼相框、高性能MODEM、路由器、VPN接入服務器、無線路由器、網絡存儲設備(NAS)、VOIP網關、數字硬盤錄像機(Digital video recorder, DVR)、DSLAMs、高端打印機、教學演示網絡設備、交換機、機頂盒、稅控機、液晶顯示驅動、鼠標、鍵盤、藍牙音響、車載MP3、LCD控制板。
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