清楚寿命是晶振老化,所谓的频率老化就是在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和石英晶体振荡器电路元件的缓慢变化造成的,因此,其频率偏移的速率叫老化率,可用规定时限后的最大变化率。
对振荡电路的选择取决于对工作频率,频率稳定度的要求,同时还要考虑射频接收小型化,低功耗及其他要求.有源晶振电路应设计成结构简单,功耗小,调试方便并且频率可以微调的电路.经过分析,确定采用如图1所示的结构.该电路为电容三点式振荡,是串联式晶体振荡电路.
石英晶体的发射极端子有效地连接到两个电容器C1和C2的结点上,这两个电容器串联连接并用作简单的分压器。当首次施加电源时,电容器C1和C2充电,然后通过线圈L放电。电容器两端的振荡施加到基极 - 发射极结,并出现在集电极输出端的放大电路中。
电阻器R1和R2以正常方式为石英晶体提供通常的稳定直流偏置,而附加电容器则充当隔直流旁路电容器。在集电极电路中使用射频扼流圈(RFC),以便在振荡频率(ƒr)和直流电压下提供高电抗(理想开路),以帮助启动振荡。
石英晶体振荡器电路设计要点:(1)在PCB设计是,晶振的外壳必须接地,可以防止晶振的向往辐射,也可以屏蔽外来的干扰.(2)晶振下面要铺地,可以防止干扰其他层.因为有些人在布多层板的时候,顶层和底层不铺地,但是建议晶振所在那一块铺上地. (3)石英晶振底下不要布线,周围5mm的范围内不要布线和其他元器件(有的书是建议300mil范围内,大家可以参考),主要是防止晶振干扰其他布线和器件.
石英晶体作为滤波、振荡元件已广泛应用在广播通讯、电子测量、航空、航天等方面.其发展历史只有短短几十年,美国是发展石英晶体最早的国家.最近一、二十年来,由于PCS、GSM、GPS、PDC、CDMA等诸多移动通讯技术的需求,石英晶体振荡器中的石英晶体谐振器不再是单一元件,它已发展成为组件,而且几乎全部以集成化、全集成化、全数字化形式展现出来,体积比过去缩小了数倍乃至数十倍.
石英晶体振荡器由晶体振荡电路和输出电路两部分构成.石英晶体振荡器电路分为并联晶体振荡电路和串联晶体振荡电路,常用并联晶体振荡电路.晶体工作在串联谐振频率ωS和并联谐振频率ωP之间,即呈现感抗.而振荡性能的优劣由晶体的品质、切割取向、振子结构及振荡电路共同决定.图1为AT切割和SC切割的频率温度特性曲线.可以看出,SC切割有高的静态和动态f-t稳定性、良好的老化率和相位噪声,但缺点是频率牵引灵敏度低、成本高.
最常用的振荡电路是集电极交流接地的考毕兹振荡电路(如图2所示).此电路的优点是电路简单、可靠、稳定.
输出电路的作用是对振荡获得的正弦信号进行缓冲、放大、整形,得到图3所示的标准输出电平,驱动负载或后级门电路.这里,还经常用到逻辑电平转换电路和分频、倍频电路.
其输出正弦波电平用Vp-p、VRMS或dBm表示,dBm的计算式为:
)1log(10mWPdBm?必要时,还须注明谐波抑制比.方波或矩形波输出电平应注明TTL、CMOS、HCMOS还是ECL、直流分量值,并且表示出占空比、上升时间、下降时间等其它相应参数.
标准输出负载为50Ω、1kΩ、10kΩ∥10pF或用驱动几个门电路表示,如驱动2个门,5个门电路.
对石英晶体振荡器的噪声系数有特殊要求时,则应严格设计振荡、放大电路及电源.譬如主振选用低噪声管、低噪声压控电压并使振荡在低电压工作,各级电路必须匹配以保证无反射、辐射.
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石英晶体振荡器的压电效应以及等效电路原理
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