电子基础知识-晶振.docx
《电子基础知识-晶振.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子基础知识-晶振.docx(16页珍藏版)》请在第壹文秘上搜索。
1、一、晶振晶振在电路板中随处可见,只要用到处理器的地方就必定有晶振的存在,即使没有外部晶振,芯片内部也有晶振。1、晶振概述晶振一般指晶体振荡器。晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片),石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振;而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。2、晶振的工作原理石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片,在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英
2、晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振,它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。当晶体不振动时,可把它看
3、成一个平板电容器称为静电电容C1它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关,一般约几个PF到几十pF。当晶体振荡时,机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效,C的值很小,一般只有000020.1pF晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效,它的数值约为100o由于晶片的等效电感很大,而C很小,R也小,因此回路的品质因数Q很大,可达1000-IOOOOo加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关,而且可以做得精确,因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。计算机都有个计时电路,尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设
4、备,但它们实际上并不是通常意义的时钟,把它们称为计时器可能更恰当一点。计算机的计时器通常是一个精密加工过的石英晶体,石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡,这种频率取决于晶体本身如何切割及其受到张力的大小。有两个寄存器与每个石英晶体相关联,一个计数器和一个保持寄存器。石英晶体的每次振荡使计数器减1。当计数器减为0时,产生一个中断,计数器从保持寄存器中重新装入初始值。这种方法使得对一个计时器进行编程,令其每秒产生60次中断(或者以任何其它希望的频率产生中断)成为可能。每次中断称为一个时钟嘀嗒。晶振在电气上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
5、率的高低分其中较低的频率为串联谐振,较高的频率为并联谐振。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。晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。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,这两个电容串
6、联的容量值就应该等于负载电容,请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15pF或12.5pF,如果再考虑元件引脚的等效输入电容,则两个22pF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。3、常见种类我们常说的晶振,包含两种:晶振谐振器、晶振振荡器。一种需要加驱动电路才能产生频率信号,这类晶振叫晶振谐振器,比如常见的49S封装、两脚封装的SMD32255032、少量四脚SMD封装。一种不用加驱动电路,只需要加上电压信号,就能够产生频率信号,这种叫做晶振振荡器,基本上都是4脚封装,含有电源引脚、地引脚、频率输出引脚等。4、主要参数选择这里我们主要针对晶振谐振器,一般
7、晶振的主要参数有:核心频率、工作温度、精度值、等效串联阻抗、匹配电容、封装形式等等。晶振的核心频率:一般核心频率的选择取决于频率需求元件的要求,比如时钟芯片就需要32.768KHZ的晶振,McU一般是一个范围,基本上从4M到几十M都有。晶振的工作温度:之所以把工作温度单独拿出来,主要是由于晶振是个物理的器件,工作温度与价格是成正比,工作温度要求越高,价格越高,所以选择晶振时也需要重点考虑工作温度。晶振的精度值:精度一般常见的有0.5ppm、5ppmsIOppms20ppmsSOppm等等。其中0.5PPm国内的目前只有通过数字补偿的才能做到,国外的有在3225甚至2016上实现高精度。精度的选
8、择一般要参考频率需求器件对精度的要求,比如高精度的时钟芯片一般在5ppm以内,普通的应用都选择在20PPm左右。晶振的等效串联阻抗:这个参数主要是与驱动能力有关系,也就是说跟驱动电流有关系。等效电阻小则需要的驱动电流就小。对外部驱动电路的适应能力就越高。晶振的匹配电容:通过改变匹配电容的参数值,可以改变晶振的核心频率,也就是说可以通过调整晶振的匹配电容来对精度做微调,这也是目前国内做高精度温补晶振的主要办法。5、封装形式目前晶振的封装形式是多样的,需要根据自己的实际情况来进行选择,主要是根据板子的空间、加工方式、成本等方面来考虑。6常见注意事项一般来说,晶振是一个系统的核心器件,晶振的好坏直接
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子 基础知识 晶振