晶振电路设计中需要考虑哪些因素?

KOAN晶振 2021-12-16 09:46
晶体振荡电路是什么?


振荡电路是能够产生大小和方向随着周期发生变化的振荡电流。这种振荡电流电路称为振荡电路。


振荡电路是由放大器和反馈网络组成。放大电路可以补充能量损耗。正反馈网络可以使电路产生正弦波信号。

晶振电路设计中需要考虑哪些因素?


在设计振荡器电路时,需要注意以下6点:谐振电路,负载电容,激励电平,频率和振荡模式,走线设计,负阻抗。


01
谐振电路 (串联/并联)


晶体本身无法产生振荡信号,需要借助外部振荡电路实现振荡。振荡电路分为串联和并联。

  • 串联振荡器电路:反馈性振荡器,由放大器和反馈网络组成。石英谐振器和负载电容串联。谐振器为纯阻性。(左图)

  • 并联型振荡电路:晶振的引脚和芯片内部的反相器链接,结合匹配电容,电阻组成皮尔斯振荡器。(右图)

更多点击:晶体电路为什么外接电阻?


02
负载电容


负载电容是选购KOAN晶体必选的参数之一。晶体的频率会根据串联的电容电抗而改变。在串联谐振型电路中,不需要负载电容。

CL值大,远端相位噪声好;

CL值过大,难调整到标称频率,不易起振;

CL值小,近端相位噪声好,容易起振


03
激励电平


激励电平是晶体在工作时消耗的电量,通常以毫瓦和微瓦来表示。激励电平过高会导致KOAN晶振不稳定,加快老化等问题出现。

Drive Level = (Irms2 x R)

Irms =测得的流经石英晶体的均方根电流; 

R = 石英晶体的最大电阻


04
频率以及振荡模式


晶片越薄,振荡频率就越高。由于工艺的限制和晶片破裂的风险,晶片不能无限的薄。为了达到高频,20mhz基频的晶片,经过五次泛音就可达到100mhz。


更多点击:

《泛音晶体如何振荡?都有什么振荡模式?

《晶片的厚度与晶振的频率关系》

 

05
走线设计


减少平行走线,走线尽量短,减少杂散电容。


06
负阻抗


最常用的测试裕量的方法是负阻测试。在晶振支路上串联一个电阻,这个阻值的大小一般为3到5倍的晶振内阻。加入这个负载电阻后,如果整个KOAN晶振电路还是可以正常起振,我们就基本上可以判定这个晶振拓扑是稳定的。

(图片来源于网络)

KOAN晶振 北京凯擎东光电子有限公司成立于2003年并拥有KOAN自主品牌,总部位于北京中关村并建有实验室为便于客户精准匹配和故障分析。
评论
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