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五月 20 2020

如何选择晶振?


目录

1.封装
2.频率稳定性的考虑
3.输出
4.相位噪声和抖动
5.电源和负载的影响
6.工作环境

  晶振被广泛应用到军、民用通信电台,微波通信设备,程控电话交换机,无线 电综合测试仪,BP机、移动电话发射台,高档频率计数器、 GPS 、卫星通信、遥控移动设备等。晶振有多种封装,它的特点是电气性能规范多种多样。它有好几种不同的类型:电压控制晶振(VCXO)、温度补偿晶振(TCXO)、恒温箱晶振(OCXO),以及数字补偿晶振(DCXO)。每种类型都有自己的独特性能。那么该如何选择呢?

  1.封装

  与其它电子元件相似,晶振亦采用愈来愈小型的封装。例如,M-tron公司的M3L/M5L系列表面贴装晶振现在采用3.2×5.0×1.0mm的封装。通常,较小型的器件比较大型的表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折衷。

  2.频率稳定性的考虑

  晶振的主要特性之一是工作温度内的稳定性,它是决定晶振价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽,器件的价格亦愈高。对于频率稳定度要求±20ppm或以上的应用,可使用普通无补偿的晶振。对于低于±1至±20ppm的稳定度,应该考虑TCXO。对于低于±1ppm的稳定度,应该考虑OCXO或DCXO。

石英晶振

石英晶振

  3.输出

  必需考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压稳定度、负载稳定性、功耗、封装形式、冲击和振动、以及电磁干扰(EMI)。晶振器可HCMOS/TTL兼容、ACMOS兼容、ECL和正弦波输出。每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互补输出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定。许多DSP和通信芯片组往往需要严格的对称性(45%至55%)和快速的上升和下降时间(小于5ns)。

  4.相位噪声和抖动

  在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中央频率的1Hz之内和通常测量到1MHz。晶振的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO晶振以及其它利用基波或谐波方式的晶振具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的晶振比采用非锁相环技术的晶振一般呈现较差的相位噪声性能。

  抖动与相位噪声相关,但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可用有效值或峰—峰值测出。许多应用,例如通信网络、无线数据传输、ATM和SONET要求必需满足严格的拌动指标。需要密切注意在这些系统中应用的晶振的抖动和相位噪声特性。

  5.电源和负载的影响

  晶振的频率稳定性亦受到晶振电源电压变动以及晶振负载变动的影响。正确选择晶振可将这些影响减到最少。设计者应在建议的电源电压容差和负载下检验晶振的性能。不能期望只能额定驱动15pF的晶振在驱动50pF时会有好的表现。在超过建议的电源电压下工作的晶振亦会呈现坏的波形和稳定性。

  对于需要电池供电的器件,一定要考虑功耗。引入3.3V的产品必然要开发在3.3V下工作的晶振。较低的电压允许产品在低功率下运行。现今大部分市售的表面贴装晶振在3.3V下工作。许多采用传统5V器件的穿孔式晶振正在重新设计,以便在3.3V下工作。

  6.工作环境

  晶振实际应用的环境需要慎重考虑。例如,高的振动或冲击水平会给晶振带来问题。除了可能产生物理损坏,振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性晶振失效。对于要求特殊EMI兼容的应用,EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PC母板布局技术,重要的是选择可提供辐射量最小的晶振。一般来说,具有较慢上升/下降时间的晶振呈现较好的EMI特性。

  对于70MHz以下的频率,建议使用HCMOS型的晶振。对于更高的频率,可采用ECL型的晶振。ECL型晶振通常具有最好的总噪声抑制,甚至在10至100MHz的较低频率下,ECL型也比其它型的晶振略胜一筹。

  总而言之,当选定晶振时,有许多不同的选择要考虑。然而,通过检查使用晶振的系统,最方便的选择将变得显而易见;例如可用于为晶振供电的输入电压以及晶振的输出将驱动的器件的类型等因素。还必须考虑应用的其它约束条件,例如物理尺寸和操作环境。除了这些基本参数之外,针对特定应用,还有许多其它规范要予以考量。

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