晶振知識(shí)大解剖,不愁登不上諾亞方舟
來(lái)源：http://www.kaikei-kansa.com 作者：jinluodz 2013年06月17
網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展和智能系統(tǒng)的建設(shè)延至到智能產(chǎn)品的發(fā)掘，已成現(xiàn)在社會(huì)的新潮流，利用各項(xiàng)先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)，通過(guò)建立高集成安防系統(tǒng)，提升處理突發(fā)事件的能力和全面監(jiān)管工作的水平，形成人防、技防、物防三防并舉的立體防范格局，是目前安防系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢(shì)。因此在設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)需要用到的晶體振蕩電路是嚴(yán)格的，產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要，智能產(chǎn)品的發(fā)展是促進(jìn)晶振行業(yè)要求質(zhì)量的保障，技術(shù)的過(guò)硬。在工作中，使用晶振的工程師難免被晶振的種種原因所糾結(jié)。在購(gòu)買貨品的同時(shí)，采購(gòu)又為晶振的頻率穩(wěn)定性和老化率等諸多原因而煩惱纏于腦門。因此晶振廠家金洛電子為解決這一問(wèn)題，特召集研發(fā)部門的同時(shí)，研究此方案。以下是綜合探討給出的結(jié)論，希望能對(duì)您有所幫助。
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1、工作頻率
晶振的頻率范圍一般在1到70MHz之間。但也有諸如通用的32.768kHz鐘表晶體那樣的特殊低頻晶體。 晶體的物理厚度限制其頻率上限。 歸功于類似反 向臺(tái)面(inverted Mesa)等制造技術(shù)的發(fā)展，晶體的頻率上限已從前些年的30MHz提升到200MHz。工作頻率一般按工作溫度25°C時(shí)給出。
可利用泛頻晶體實(shí)現(xiàn)200MHz以上輸出頻率的更高頻率晶振。另外，帶內(nèi)置PLL 頻率倍增器的晶振可提供1GHz以上的頻率。當(dāng)需要UHF和微波頻率時(shí)，聲表波(SAW)振蕩器是種選擇。
2、頻率精度：1PPM=1/1,000,000
頻率精度也稱頻率容限，該指標(biāo)度量晶振實(shí)際頻率于應(yīng)用要求頻率值間的接近程度。其常用的表度方法是于特定頻率相比的偏移百分比或百萬(wàn)分之幾(ppm)。例如，對(duì)一款精度±100ppm的 10MHz晶振來(lái)說(shuō)，其實(shí)際頻率在10MHz±1000Hz之間。
(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz
它與下式意義相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%。典型的頻率精度范圍在1到 1000ppm，以最初的25°C 給出。精度很高的晶振以十億分之幾(ppb)給出。
3、頻率穩(wěn)定性
該指標(biāo)量度在一個(gè)特定溫度范圍(如：0°C到 70°C 以及-40°C到 85°C)內(nèi)，實(shí)際頻率與標(biāo)稱頻率的背離程度。穩(wěn)定性也以ppm給出，根據(jù)晶振種類的不同，晶振根據(jù)特性，可分為有源晶振和無(wú)源晶振，該指標(biāo)從10到 1000ppm變化很大。
4、晶振老化
老化指的是頻率隨時(shí)間長(zhǎng)期流逝而產(chǎn)生的變化，一般以周、月或年計(jì)算。它于溫度、電壓及其它條件無(wú)關(guān)。在晶振上電使用的最初幾周內(nèi)， 將發(fā)生主要的頻率改變。該值可在5到10ppm 間。在最初這段時(shí)間后， 老化引起的頻率變化速率將趨緩至幾ppm。
5、輸出
有提供不同種類輸出信號(hào)的晶振。輸出大多是脈沖或邏輯電平，但也有正弦波和嵌位正弦波輸出。 一些常見的數(shù)字輸出包括：TTL、HCMOS、ECL、PECL、CML 和LVDS。
許多數(shù)字輸出的占空比是40%/60%，但有些型號(hào)可實(shí)現(xiàn)45%/55%的輸出占空比。一些型號(hào)還提供三態(tài)輸出。一般還以扇出數(shù)或容抗值(pF)的方式給出了最大負(fù)載。
6、工作電壓
有源晶振其中包含，SPXO普通晶體振蕩器，VC-TCXO壓控溫補(bǔ)振蕩器，TCXO溫補(bǔ)晶振，VCXO壓控石英晶體振蕩器，許多晶振工作在5V直流。但新產(chǎn)品可工作在1.8、2.5和 3.3V。
7、啟動(dòng)時(shí)間
該規(guī)范度量的是系統(tǒng)上電后到輸出穩(wěn)定時(shí)所需的時(shí)間。在一些器件內(nèi)，有一個(gè)控制晶振輸出開/閉的使能腳。
8、相噪
在頻率很高或應(yīng)用要求超穩(wěn)頻率時(shí)，相噪是個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。它表度的是輸出頻率短時(shí)的隨機(jī)漂移。它也被稱為抖動(dòng)，它產(chǎn)生某類相位或頻率調(diào)制。該指標(biāo)在頻率范圍內(nèi)用頻譜分析儀測(cè)量，一般用dBc/Hz表示相噪。
晶振輸出的不帶相噪的正弦波被稱為載波，在頻譜分析儀上顯現(xiàn)為一條工作頻率上的垂直線。 相噪在載波之上和之下產(chǎn)生邊帶。 相噪幅度表示為邊帶功率幅值(Ps)與載波功率幅值(Pc)之比，以分貝表示：
相噪(dBc)=10log(Ps/Pc)
相噪的測(cè)量以載波的10kHz或100kHz頻率增量計(jì)算， 但也用到低至10Hz或 100Hz的其它頻率增量。相噪度量一般規(guī)整為與1Hz相等的帶寬。取決于載波的頻率增量，典型的相噪值在-80到-160dBc 之間。
9、可調(diào)性(Pullability)
該指標(biāo)表度的是通過(guò)對(duì)一個(gè)壓控晶振(VCXO)施加一個(gè)外部控制電壓時(shí)， 該電壓所能產(chǎn)生的頻率改變。 它表示的是最大可能的頻率變化， 通常用ppm表示。 同 時(shí)還給出控制電壓水平，且有時(shí)還提供以百分比表示的線性值。典型的直流控制電壓范圍在0到 5V。頻率變化與控制電壓間的線性關(guān)系可能是個(gè)問(wèn)題。
10、封裝
晶振有許多種封裝形態(tài)。過(guò)去，最常用的是金屬殼封裝，但現(xiàn)在，它已被更新的表貼(SMD)封裝取代。命名為HC-45、HC-49、HC-50或HC- 51的金屬封裝一般采用的是標(biāo)準(zhǔn)的DIP 通孔管腳。 而常見的貼片晶振封裝大小是3.2×2.5mm。 源于蜂窩手機(jī)制造商的要求，SMD封裝的趨勢(shì)是越做越薄。
1、工作頻率
晶振的頻率范圍一般在1到70MHz之間。但也有諸如通用的32.768kHz鐘表晶體那樣的特殊低頻晶體。 晶體的物理厚度限制其頻率上限。 歸功于類似反 向臺(tái)面(inverted Mesa)等制造技術(shù)的發(fā)展，晶體的頻率上限已從前些年的30MHz提升到200MHz。工作頻率一般按工作溫度25°C時(shí)給出。
可利用泛頻晶體實(shí)現(xiàn)200MHz以上輸出頻率的更高頻率晶振。另外，帶內(nèi)置PLL 頻率倍增器的晶振可提供1GHz以上的頻率。當(dāng)需要UHF和微波頻率時(shí)，聲表波(SAW)振蕩器是種選擇。
2、頻率精度：1PPM=1/1,000,000
頻率精度也稱頻率容限，該指標(biāo)度量晶振實(shí)際頻率于應(yīng)用要求頻率值間的接近程度。其常用的表度方法是于特定頻率相比的偏移百分比或百萬(wàn)分之幾(ppm)。例如，對(duì)一款精度±100ppm的 10MHz晶振來(lái)說(shuō)，其實(shí)際頻率在10MHz±1000Hz之間。
(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz
它與下式意義相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%。典型的頻率精度范圍在1到 1000ppm，以最初的25°C 給出。精度很高的晶振以十億分之幾(ppb)給出。
3、頻率穩(wěn)定性
該指標(biāo)量度在一個(gè)特定溫度范圍(如：0°C到 70°C 以及-40°C到 85°C)內(nèi)，實(shí)際頻率與標(biāo)稱頻率的背離程度。穩(wěn)定性也以ppm給出，根據(jù)晶振種類的不同，晶振根據(jù)特性，可分為有源晶振和無(wú)源晶振，該指標(biāo)從10到 1000ppm變化很大。
4、晶振老化
老化指的是頻率隨時(shí)間長(zhǎng)期流逝而產(chǎn)生的變化，一般以周、月或年計(jì)算。它于溫度、電壓及其它條件無(wú)關(guān)。在晶振上電使用的最初幾周內(nèi)， 將發(fā)生主要的頻率改變。該值可在5到10ppm 間。在最初這段時(shí)間后， 老化引起的頻率變化速率將趨緩至幾ppm。
5、輸出
有提供不同種類輸出信號(hào)的晶振。輸出大多是脈沖或邏輯電平，但也有正弦波和嵌位正弦波輸出。 一些常見的數(shù)字輸出包括：TTL、HCMOS、ECL、PECL、CML 和LVDS。
許多數(shù)字輸出的占空比是40%/60%，但有些型號(hào)可實(shí)現(xiàn)45%/55%的輸出占空比。一些型號(hào)還提供三態(tài)輸出。一般還以扇出數(shù)或容抗值(pF)的方式給出了最大負(fù)載。
6、工作電壓
有源晶振其中包含，SPXO普通晶體振蕩器，VC-TCXO壓控溫補(bǔ)振蕩器，TCXO溫補(bǔ)晶振，VCXO壓控石英晶體振蕩器，許多晶振工作在5V直流。但新產(chǎn)品可工作在1.8、2.5和 3.3V。
7、啟動(dòng)時(shí)間
該規(guī)范度量的是系統(tǒng)上電后到輸出穩(wěn)定時(shí)所需的時(shí)間。在一些器件內(nèi)，有一個(gè)控制晶振輸出開/閉的使能腳。
8、相噪
在頻率很高或應(yīng)用要求超穩(wěn)頻率時(shí)，相噪是個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。它表度的是輸出頻率短時(shí)的隨機(jī)漂移。它也被稱為抖動(dòng)，它產(chǎn)生某類相位或頻率調(diào)制。該指標(biāo)在頻率范圍內(nèi)用頻譜分析儀測(cè)量，一般用dBc/Hz表示相噪。
晶振輸出的不帶相噪的正弦波被稱為載波，在頻譜分析儀上顯現(xiàn)為一條工作頻率上的垂直線。 相噪在載波之上和之下產(chǎn)生邊帶。 相噪幅度表示為邊帶功率幅值(Ps)與載波功率幅值(Pc)之比，以分貝表示：
相噪(dBc)=10log(Ps/Pc)
相噪的測(cè)量以載波的10kHz或100kHz頻率增量計(jì)算， 但也用到低至10Hz或 100Hz的其它頻率增量。相噪度量一般規(guī)整為與1Hz相等的帶寬。取決于載波的頻率增量，典型的相噪值在-80到-160dBc 之間。
9、可調(diào)性(Pullability)
該指標(biāo)表度的是通過(guò)對(duì)一個(gè)壓控晶振(VCXO)施加一個(gè)外部控制電壓時(shí)， 該電壓所能產(chǎn)生的頻率改變。 它表示的是最大可能的頻率變化， 通常用ppm表示。 同 時(shí)還給出控制電壓水平，且有時(shí)還提供以百分比表示的線性值。典型的直流控制電壓范圍在0到 5V。頻率變化與控制電壓間的線性關(guān)系可能是個(gè)問(wèn)題。
10、封裝
晶振有許多種封裝形態(tài)。過(guò)去，最常用的是金屬殼封裝，但現(xiàn)在，它已被更新的表貼(SMD)封裝取代。命名為HC-45、HC-49、HC-50或HC- 51的金屬封裝一般采用的是標(biāo)準(zhǔn)的DIP 通孔管腳。 而常見的貼片晶振封裝大小是3.2×2.5mm。 源于蜂窩手機(jī)制造商的要求，SMD封裝的趨勢(shì)是越做越薄。
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