你的位置:首頁 > RF/微波 > 正文

新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm

發(fā)布時間:2019-09-10 責任編輯:wenwei

【導讀】你知道什么是晶振嗎?你知道晶振ppm代表什么意思嗎?你知道晶振的主要參數(shù)以及工作原理嗎?如果你對這些問題存在一定疑惑,不妨看看本文帶來的有關晶振這四方面的內(nèi)容,讓本文幫你一次性掃清這些個障礙吧。
 
新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm
 
一、什么是晶振ppm
 
晶振全稱是晶體振蕩器,是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片),石英晶體諧振器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
 
電子元件是電路設計中一個很關鍵的所在,電路的精準直接關乎使用這顆晶振的產(chǎn)品的質(zhì)量問題,但是最重要的體現(xiàn)在于一個小參數(shù)那就是晶振的ppm值,即精度電容值。精度值越低表明這顆電子元件越精度越精確,使用起來越耐用和反應出來的效果就越好。那么,你知道晶振電路中的ppm嗎?ppm這個小參數(shù),是如何產(chǎn)生大作用的。
 
新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm
 
二、晶振ppm誤差公式
 
1:120ppm,27M的晶振,頻率的誤差 = 120/100萬*27M=3240Hz
 
晶振的精度決定時鐘的計時準確度。
 
2:所配晶振頻率:32772.2HZ,誤差為+1.2ppm
 
一年的誤差計算過程為:
 
Δf = +1.2/100萬*32772.2
 
Δt/秒= Δf/32772.2 = 1.2/100萬
 
一年的誤差 = Δt*24*3600*365 = 37.8秒
 
新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm
 
三、晶振的主要參數(shù)
 
新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm
 
晶振的主要參數(shù)有標稱頻率、老化率、頻率準確度、頻率穩(wěn)定度、相位噪聲、功耗等。
 
1、標稱頻率:是指晶振的標稱輸出頻率;
 
2、頻率準確度:是指常溫(25度)下,所測晶振頻率相對標稱頻率的差值。這一點是不太重要的;
 
3、頻率穩(wěn)定度:一般是指頻率溫度穩(wěn)定度,是指在晶振的工作溫度范圍內(nèi)頻率隨著溫度變化的大小,一般用PPM或PPB來標示,1PPB=0.001PPM=1*10-9;
 
4、老化率:隨著時間的推移,頻率值隨著變化的大小;
 
5、相位噪聲:信號功率與噪聲功率的比率(C/N),是表征頻率顫抖的技術指標。一般來說雷達等設備會對相位噪聲有特殊要求;
 
6、晶體還有一個重要的特性就是“RR等效阻抗”,晶振常出現(xiàn)停振現(xiàn)象。經(jīng)分析均為晶片阻值大于80歐姆。
 
四、晶振工作原理
 
新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm
 
若在石英晶體的兩個電極上加一電場,晶片就會產(chǎn)生機械變形。反之,若在晶片的兩側施加機械壓力,則在晶片相應的方向上將產(chǎn)生電場,這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會產(chǎn)生機械振動,同時晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下,晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。
 
當晶體不振動時,可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關,一般約幾個皮法到幾十皮法。當晶體振蕩時,機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十豪亨到幾百豪亨。晶片的彈性可用電容C來等效,C的值很小,一般只有0.0002~0.1皮法。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效,它的數(shù)值約為100歐。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大,可達1000~10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關,而且可以做得精確,因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。
 
新手不可不知:晶振工作原理 + 晶振ppm
 
計算機都有個計時電路,盡管一般使用“時鐘”這個詞來表示這些設備,但它們實際上并不是通常意義的時鐘,把它們稱為計時器可能更恰當一點。計算機的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體,石英晶體在其張力限度內(nèi)以一定的頻率振蕩,這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個寄存器與每個石英晶體相關聯(lián),一個計數(shù)器和一個保持寄存器。石英晶體的每次振蕩使計數(shù)器減1。當計數(shù)器減為0時,產(chǎn)生一個中斷,計數(shù)器從保持寄存器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個計時器進行編程,令其每秒產(chǎn)生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷)成為可能。每次中斷稱為一個時鐘嘀嗒。
 
晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡,電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點,以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振,較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏谶@個極窄的頻率范圍內(nèi),晶振等效為一個電感,所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路,由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄,所以即使其他元件的參數(shù)變化很大,這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù),那就是負載電容值,選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容,就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接到晶振的兩端,每個電容的另一端再接到地,這兩個電容串聯(lián)的容量值就應該等于負載電容,請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15皮或12.5皮,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個22皮的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
 
 
推薦閱讀:
 
這可是個新方法,保證電源的高效率、高性能!
詳解FIR濾波器與IIR濾波器的具體區(qū)別
菜鳥選擇MOSFET的四步驟!
電容的尺寸、耐壓值、方向,這些參數(shù)該如何選擇?
LED開關電源最實用的保護電路圖
要采購晶振么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關閉

?

關閉