教你解决令人头疼的晶振匹配和温度漂移

本文摘要:目前在电子产品日新月异的今天,成本问题认同是生产商考虑到的最重要因素,某种程度对晶振的运用也不会考虑到成本因素,因此工程师在设计电路时,因有源晶体振荡器(又称钟振)比普通无源谐振器价格高达5~10倍,从而更好地自由选择用于无源的晶体运用到电路中;

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目前在电子产品日新月异的今天,成本问题认同是生产商考虑到的最重要因素,某种程度对晶振的运用也不会考虑到成本因素,因此工程师在设计电路时,因有源晶体振荡器(又称钟振)比普通无源谐振器价格高达5~10倍,从而更好地自由选择用于无源的晶体运用到电路中;只有在一些高端产品如工控类、高速通信类产品才较为注目用于有源晶振,因此就产生了以上少见的问题。  毕竟,无源晶振的用于效果不仅各不相同晶振本身的指标,还与振荡电路的设计给定关联性很大,也经常经常出现给定不理想的状况。

有源晶振是必要将晶体与钟振IC绑PCB调试后,获取给用户,防止了客户端因晶体阻抗给定失当,导致电路频率飘移的困难,下面来浅谈有源晶振(钟振)是如何做防止以上不当的。  石英晶体又称水晶,成分为二氧化硅,具备压电效应和极高的品质因数,被应用于各种振荡电路,其频率稳定度一般可以超过10-6~10-8数量级,甚至更高。

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然而其频率精度受到石英晶体自身所固有的两个特性影响:频率牵引量(TS)和温漂。频率牵引量是叙述石英晶体频率精度随着阻抗电容变化而变化的物理量,单位为PPM/PF.温漂是叙述晶体频率精度随着温度的变化而变化的物理量,为石英晶体所固有的特性,其频率温度曲线与石英晶片的切型和切角有关。从用户用于角度谈,用户不了转变晶片的切角切型,却很更容易转变波动转往的阻抗,也于是以因此原因,客户在用于晶体谐振器时,更容易经常出现因阻抗不给定导致的频率飘移现象。  钟振之所具备高精度和低稳定度,原因在于钟振内部用于了专业波动IC,早已在并未对钟振PCB前,通过对水晶片上的电极喷银或者光刻等方式转变晶片厚度对晶体频率展开微调,从而使振荡电路输入想的目标频率,防止了因阻抗不给定导致的频率飘移,提升了振荡电路的精度。

  上文提及石英晶体还有一个最重要的特性--温漂。所有的石英晶体材料制成的频率器件,皆有一定的温漂。

温漂沦为影响石英晶体谐振器及石英晶体振荡器频率精度的最重要因素。温补钟振(TCXO),恒温钟振(OCXO),都是针对晶体的频率温度特性做到适当的补偿,频率精度TCXO大于2.5ppm,OCXO大于10ppb(1ppb=10-3ppm),甚至更高。温度补偿,沦为填补石英晶体温漂的最重要手段。然而,市面上针对KHZ级别的温补钟振少之又少,其原因,我可以从晶体的切型方面分析。

  石英晶片的切型大体可以分成AT托、BT托、CT托、DT托等,有所不同的切型,所对应的频率温度曲线不一样。下面两幅图的分别为音叉32.768KHZ晶体和AT托MHZ晶体的频率温度曲线。  音叉32.768KHZ晶体频率温度曲线为二次抛物线,随着工作温度背离常温25℃越大,温漂也随之逆大,-10℃~60℃其甘浪超过将近50ppm,如按工业级-40℃~85℃计算出来,甘漂高约151ppm,无法适应环境工业级工作温度范围的电子产品,对其展开温度补偿也更为艰难,因此,市面上针对32.768KHZ的TCXO很少,且价格十分便宜。

对于一般的消费类电子行业,如须要工业级-40℃~85℃,且温度频差掌控在30ppm以内,用于普通音叉型32.768KHZ晶体,是无法满足要求的。然而,如果能将晶片切型改回AT托的切型,那么工业级温度频差掌控在30ppm以内将不成问题。下面来理解一下AT托32.768KHZ钟振是如何构建的。  AT托晶体频率温度曲线为三次曲线,呈圆形躺着的S型曲线,随着温度的变化,温漂呈圆形S型轨迹变化,大体在-10℃和+60℃时,有两个拐点,即温漂又不会反方向拐回来。

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因此,只要掌控好晶片的切角在一定的公差范围内,那么确保两个拐点温漂在-40℃~85℃时不多达30ppm并不是一件难事。然而,AT托晶体只针对MHZ频率的晶体,如何转换成32.768KHZ频率?钟振32.768KHZ通过方波方式,之后可以构建。如使用AT托16.。


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