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石英晶振选型应该考虑的十大因素
石英晶振在电路中犹如心脏般的存在,提供型号频率信号,因此在选择使用晶振时要考虑的事项很多,为了在产品中使用获得最大工作效益,石英晶振选型应该考虑的十大因素,大家应该好好看看.
1、工作频率
晶振的频率范围一般在1到70MHz之间.但也有诸如通用的32.768K钟表晶体那样的特殊低频晶体. 晶体的物理厚度限制其频率上限. 归功于类似反 向台面(inverted Mesa)等制造技术的发展,晶体的频率上限已从前些年的30MHz提升到200MHz.工作频率一般按工作温度25°C时给出. 可利用泛频晶体实现200MHz以上输出频率的更高频率晶振.另外,带内置PLL 频率倍增器的晶振可提供1GHz以上的频率.当需要UHF和微波频率时,声表波(SAW)振荡器是种选择.
2、封装
晶振有许多种封装形态.过去,最常用的是金属壳封装,但现在,它已被更新的表贴(SMD晶振)封装取代.命名为HC-45、HC-49、HC-50或HC- 51的金属封装一般采用的是标准的DIP 通孔管脚. 而常见的SMD 封装大小是5×7mm. 源于蜂窝手机制造商的要求,SMD封装的趋势是越做越薄.
3、频率稳定性
该指标量度在一个特定温度范围(如：0°C到 70°C 以及-40°C到 85°C)内,实际频率与标称频率的背离程度.稳定性也以ppm给出,根据晶振种类的不同,该指标从10到 1000ppm变化很大(图 2).
4、频率的精度
频率精度：1PPM=1/1,000,000 频率精度也称频率容限,该指标度量石英晶振,有源晶振实际频率于应用要求频率值间的接近程度.其常用的表度方法是于特定频率相比的偏移百分比或百万分之几(ppm).例如,对一款精度±100ppm的 10MHz晶振来说,其实际频率在10MHz±1000Hz之间.(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz它与下式意义相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%.典型的频率精度范围在1到 1000ppm,以最初的25°C 给出.精度很高的晶振以十亿分之几(ppb)给出.
5、 老化
老化指的是频率随时间长期流逝而产生的变化,一般以周、月或年计算.它于温度、电压及其它条件无关.在石英晶振上电使用的最初几周内, 将发生主要的频率改变.该值可在5到10ppm 间.在最初这段时间后, 老化引起的频率变化速率将趋缓至几ppm.
6、工作电压
许多晶振工作在5V直流.但新产品可工作在1.8、2.5和 3.3V.
7、输出
有提供不同种类输出信号的晶振.输出大多是脉冲或逻辑电平,但也有正弦波和嵌位正弦波输出. 一些常见的数字输出包括：TTL、HCMOS、ECL、PECL、CML 和LVDS.许多数字输出的占空比是40%/60%,但有些型号可实现45%/55%的输出占空比.一些型号还提供三态输出.一般还以扇出数或容抗值(pF)的方式给出了最大负载.
8、启动时间
该规范度量的是系统上电后到输出稳定时所需的时间.在一些器件内,有一个控制晶振输出开/闭的使能脚.
9、可调性(Pullability)
该指标表度的是通过对一个压控晶振(VCXO)施加一个外部控制电压时, 该电压所能产生的频率改变. 它表示的是最大可能的频率变化, 通常用ppm表示. 同 时还给出控制电压水平,且有时还提供以百分比表示的线性值.典型的直流控制电压范围在0到 5V.频率变化与控制电压间的线性关系可能是个问题.
10、相噪
在频率很高或应用要求超稳频率时,相噪是个关键指标.它表度的是输出频率短时的随机漂移.它也被称为抖动,它产生某类相位或频率调制.该指标在频率范围内用频谱分析仪测量,一般用dBc/Hz表示相噪. 石英晶振,贴片晶振输出的不带相噪的正弦波被称为载波,在频谱分析仪上显现为一条工作频率上的垂直线.
相噪在载波之上和之下产生边带. 相噪幅度表示为边带功率幅值(Ps)与载波功率幅值(Pc)之比,以分贝表示： 相噪(dBc)=10log(Ps/Pc)相噪的测量以载波的10kHz或100kHz频率增量计算, 但也用到低至10Hz或 100Hz的其它频率增量.相噪度量一般规整为与1Hz相等的带宽.取决于载波的频率增量,典型的相噪值在-80到-160dBc 之间.
1、工作频率
晶振的频率范围一般在1到70MHz之间.但也有诸如通用的32.768K钟表晶体那样的特殊低频晶体. 晶体的物理厚度限制其频率上限. 归功于类似反 向台面(inverted Mesa)等制造技术的发展,晶体的频率上限已从前些年的30MHz提升到200MHz.工作频率一般按工作温度25°C时给出. 可利用泛频晶体实现200MHz以上输出频率的更高频率晶振.另外,带内置PLL 频率倍增器的晶振可提供1GHz以上的频率.当需要UHF和微波频率时,声表波(SAW)振荡器是种选择.
2、封装
晶振有许多种封装形态.过去,最常用的是金属壳封装,但现在,它已被更新的表贴(SMD晶振)封装取代.命名为HC-45、HC-49、HC-50或HC- 51的金属封装一般采用的是标准的DIP 通孔管脚. 而常见的SMD 封装大小是5×7mm. 源于蜂窝手机制造商的要求,SMD封装的趋势是越做越薄.
3、频率稳定性
该指标量度在一个特定温度范围(如：0°C到 70°C 以及-40°C到 85°C)内,实际频率与标称频率的背离程度.稳定性也以ppm给出,根据晶振种类的不同,该指标从10到 1000ppm变化很大(图 2).
4、频率的精度
频率精度：1PPM=1/1,000,000 频率精度也称频率容限,该指标度量石英晶振,有源晶振实际频率于应用要求频率值间的接近程度.其常用的表度方法是于特定频率相比的偏移百分比或百万分之几(ppm).例如,对一款精度±100ppm的 10MHz晶振来说,其实际频率在10MHz±1000Hz之间.(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz它与下式意义相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%.典型的频率精度范围在1到 1000ppm,以最初的25°C 给出.精度很高的晶振以十亿分之几(ppb)给出.
5、 老化
老化指的是频率随时间长期流逝而产生的变化,一般以周、月或年计算.它于温度、电压及其它条件无关.在石英晶振上电使用的最初几周内, 将发生主要的频率改变.该值可在5到10ppm 间.在最初这段时间后, 老化引起的频率变化速率将趋缓至几ppm.
6、工作电压
许多晶振工作在5V直流.但新产品可工作在1.8、2.5和 3.3V.
7、输出
有提供不同种类输出信号的晶振.输出大多是脉冲或逻辑电平,但也有正弦波和嵌位正弦波输出. 一些常见的数字输出包括：TTL、HCMOS、ECL、PECL、CML 和LVDS.许多数字输出的占空比是40%/60%,但有些型号可实现45%/55%的输出占空比.一些型号还提供三态输出.一般还以扇出数或容抗值(pF)的方式给出了最大负载.
8、启动时间
该规范度量的是系统上电后到输出稳定时所需的时间.在一些器件内,有一个控制晶振输出开/闭的使能脚.
9、可调性(Pullability)
该指标表度的是通过对一个压控晶振(VCXO)施加一个外部控制电压时, 该电压所能产生的频率改变. 它表示的是最大可能的频率变化, 通常用ppm表示. 同 时还给出控制电压水平,且有时还提供以百分比表示的线性值.典型的直流控制电压范围在0到 5V.频率变化与控制电压间的线性关系可能是个问题.
10、相噪
在频率很高或应用要求超稳频率时,相噪是个关键指标.它表度的是输出频率短时的随机漂移.它也被称为抖动,它产生某类相位或频率调制.该指标在频率范围内用频谱分析仪测量,一般用dBc/Hz表示相噪. 石英晶振,贴片晶振输出的不带相噪的正弦波被称为载波,在频谱分析仪上显现为一条工作频率上的垂直线.
相噪在载波之上和之下产生边带. 相噪幅度表示为边带功率幅值(Ps)与载波功率幅值(Pc)之比,以分贝表示： 相噪(dBc)=10log(Ps/Pc)相噪的测量以载波的10kHz或100kHz频率增量计算, 但也用到低至10Hz或 100Hz的其它频率增量.相噪度量一般规整为与1Hz相等的带宽.取决于载波的频率增量,典型的相噪值在-80到-160dBc 之间.
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