我們目前常說(shuō)的晶振都是石英晶體振蕩器或者石英晶體諧振器的簡(jiǎn)稱(chēng)。他們都是利用石英晶體的壓電效應制作而成。在石英晶體的兩個(gè)電極上施加電場(chǎng)會(huì )使晶體產(chǎn)生機械變形,反之,如果在晶體兩側施加機械壓力就會(huì )在晶體上產(chǎn)生電場(chǎng)。并且,這兩種現象是可逆的。利用這種特性,在晶體的兩側施加交變電壓,晶片就會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng),同時(shí)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。這種震動(dòng)和電場(chǎng)一般都很小,但是在某個(gè)特定頻率下,振幅會(huì )明顯加大,這就是壓電諧振,和我們常見(jiàn)到的LC回路諧振有些類(lèi)似。
晶振除了壓電效應以外,還有一個(gè)不能被忽略的特性,就是溫漂。晶振的振蕩頻率會(huì )隨著(zhù)環(huán)境溫度的變化發(fā)生微小的偏移,這是晶振固有的特性。正是由于溫漂的存在,普通晶振的精度很難做的很高,常見(jiàn)的晶振精度多為40ppm,20ppm,很難做到10ppm以下。這種精度在一些對晶振精度要求不高的場(chǎng)合,如微處理器的時(shí)鐘輸入等,完全能夠滿(mǎn)足需求。但是在無(wú)線(xiàn)通信,蜂窩應用,廣播電視等應用領(lǐng)域,需要時(shí)鐘精確同步,普通晶振就很難滿(mǎn)足系統需求了。為了解決溫漂帶來(lái)的影響,系統就要選擇精度更高的溫補晶振或者恒溫晶振。溫補晶振是通過(guò)感應環(huán)境溫度,然后將溫度信息轉換成控制量控制晶振的輸出頻率?,F在的溫補晶振多采用數字化技術(shù),能夠達到更精確的控制。而恒溫晶振更進(jìn)一步,將晶體置于恒溫槽內,通過(guò)設置恒溫工作點(diǎn),使恒溫槽保持一個(gè)恒溫的狀態(tài),晶體在恒溫槽內就可以不受外界溫度的影響,大大提高晶振輸出頻率的穩定度。溫補晶振和恒溫晶振的輸出精度都能夠達到1ppm甚至更高。能夠滿(mǎn)足嚴苛的系統需求。
由于晶振在數字電路中的重要性,在使用和設計的時(shí)候我們需要小心處理:
a. 晶振內部存在石英晶體,所以在受到外部撞擊或者跌落的時(shí)候容易造成石英晶體斷裂破損造成晶振失效。在設計的時(shí)候就要考慮晶振的可靠安裝以及位置盡量不要靠近板邊,設備外殼等等。
b. 在手工焊接或者機器焊接的時(shí)候要注意焊接溫度,晶振對溫度比較敏感,焊接時(shí)溫度不能過(guò)高,并且加熱時(shí)間盡量短。
c. 設計的時(shí)候盡量縮短晶振部分的走線(xiàn),晶振走線(xiàn)和其他信號線(xiàn)之間保留盡量遠的距離,并且推薦將晶振的外殼接地,這些措施都能更好的避免干擾。
d. 謹慎選擇C1、C2的容值。盡量按照廠(chǎng)家提供的推薦值設計。在滿(mǎn)足起震要求的前提下,C1、C2的取值可以盡量小,能縮短晶振起震時(shí)間。
e. 注意晶振是否被過(guò)驅動(dòng),過(guò)驅動(dòng)會(huì )影響晶振使用壽命。如果用示波器測試發(fā)現晶振的輸出被削波,波峰波谷被削平,那么就要考慮晶振是否被過(guò)驅動(dòng)??梢赃m當調整R1限流電阻的阻值。直到輸出完整的正弦波。
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