晶振的基本原理及特性

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有源晶振的原理和应用

有源晶振的原理和应用

有源晶振的原理和应用晶振的基本原理有源晶振是一种电子元件,它能够产生稳定的振荡信号。

晶振的基本原理是利用压电效应,即当压电晶体受到力作用时,会产生电荷,并产生电场。

这个电场会对晶体的形状产生力的变化,从而使晶体发生变形。

当外界力消失时,晶体又恢复到原来的状态,这种来自于晶体内部的力的恢复运动会导致晶体振动,产生稳定的信号。

有源晶振的应用有源晶振在电子产品中有着广泛的应用,主要用于时钟信号的产生和同步。

以下是一些常见的应用场景:1. 微控制器和处理器在微控制器和处理器中,有源晶振常被用作系统时钟的源。

它能提供稳定、精确的时钟信号,保证系统的运行稳定性和时序准确性。

2. 通信设备有源晶振也广泛应用于通信设备中。

例如,手机、无线路由器、通信基站等设备都需要有源晶振来提供稳定的时钟信号,保证数据的传输速率和精度。

3. 数字电视和音频设备在数字电视和音频设备中,有源晶振用于提供视频和音频信号的同步时钟。

它能够确保图像和音频的同步播放,提供优质的用户体验。

4. 医疗设备在医疗设备中,有源晶振被用于产生精确的时钟信号,以控制设备的工作。

例如,心电图仪、血压监测器等设备均需要有源晶振来提供准确的时间参考。

5. 汽车电子产品在汽车电子产品中,有源晶振也扮演着重要的角色。

例如,汽车音响、导航系统、车载通信设备等都需要有源晶振来提供稳定的时钟信号。

有源晶振在以上这些应用场景中发挥着重要的作用,保证系统稳定性、数据传输的准确性和设备正常工作。

随着科技的不断发展,有源晶振的应用范围还将进一步拓展。

总结有源晶振是一种能够产生稳定振荡信号的电子元件,其基本原理是利用压电效应。

在电子产品中,有源晶振被广泛应用于系统时钟的产生和同步、通信设备、数字电视和音频设备、医疗设备以及汽车电子产品等领域。

它的应用保证了系统的稳定性和时序准确性,提供了优质的用户体验。

随着科技的发展,有源晶振在更多领域的应用将会被探索和发现。

以上是有源晶振的基本原理和应用的介绍,希望对你的理解有所帮助。

ad电路板中晶振作用

ad电路板中晶振作用

AD电路板中晶振的作用1. 引言在现代电子设备中,晶振(Crystal Oscillator)是一种广泛应用的元件,尤其在AD(模数转换器)电路板中起着至关重要的作用。

本文将详细介绍AD电路板中晶振的作用及其原理。

2. 晶振的基本原理晶振是一种能够产生稳定频率信号的元件。

它由一个压电谐振器和放大电路组成。

压电谐振器通常采用石英晶体,因为石英具有稳定性好、温度特性低等优点。

当施加外加电场时,石英晶体会发生形变,从而产生机械振动。

这些机械振动通过放大电路被转换为电信号输出。

3. AD电路板中晶振的作用AD电路板是一种将模拟信号转换为数字信号的设备。

在AD转换过程中,精确的时钟同步非常重要。

而晶振正是提供这个时钟同步信号的关键元件。

3.1 提供稳定且精确的时钟信号AD转换器需要一个准确可靠、频率稳定的时钟信号来驱动其内部运算。

晶振作为一种稳定频率元件,能够提供准确的时钟信号,并保持其频率在规定范围内的变化非常小。

这样可以确保AD转换器在进行模拟信号转换时,能够按照精确的时间间隔进行采样,从而保证转换结果的准确性。

3.2 抑制时钟抖动在AD电路中,由于各种干扰因素的存在,时钟信号可能会产生抖动。

抖动指的是时钟信号在其理论频率上发生微小的波动。

这种波动会导致AD转换器工作不稳定,进而影响转换结果的精度。

晶振具有较高的频率稳定性和低抖动特性,能够有效抑制时钟信号的抖动现象,从而提高AD电路板整体性能。

3.3 同步不同模块之间的数据传输在复杂的AD电路板中,通常存在多个模块之间需要进行数据传输和处理。

这些模块可能具有不同的工作频率和采样速度。

晶振提供了一个统一、可靠且精确的时钟参考信号,在不同模块之间保持数据传输的同步性。

通过晶振提供的时钟信号,各个模块能够按照相同的时间间隔进行数据采样和处理,从而确保数据传输的准确性和一致性。

3.4 降低噪声干扰在AD电路中,噪声是一个不可避免的问题。

晶振作为时钟信号源,可以通过其稳定且精确的特性来降低噪声干扰对AD转换器的影响。

晶振基础知识介绍

晶振基础知识介绍

晶振基础知识介绍晶振:即所谓石英晶体谐振器(无源)和石英晶体振荡器(有源)的统称。

无源和有源的区别:无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。

无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。

石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。

振荡器直接应用于电路中,谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。

振荡器比谐振器多了一个重要技术参数:谐振电阻(RR),谐振器没有电阻要求。

RR的大小直接影响电路的性能,因此这是各商家竞争的一个重要参数。

晶振的原理:压电效应(物理特性):在水晶片上施以机械应力时,,会产生电荷的偏移,即为压电效应。

逆压电效应:相对在水晶片上印加电场会造成水晶片的变形即产生逆压电效应,利用这种特性产生机械振荡,变换成电气信号。

晶振的作用:一、为频率合成电路提供基准时钟,产生原始的时钟频率。

二、为电路产生震荡电流,发出时钟信号晶振的分类:一、按材质封装(1).金属封装-SEAMTYPE (2).陶瓷封装-GLASSTYPE二、贴装方式(1).直插封装-DIP (2).贴片封装-SMD三、按产品类型(1).crystal resonator—晶体谐振器(无源晶体)(2).crystal oscillator—晶体振荡器(有源晶振)---SPXO 普通有源晶体振荡器---VCXO电压控制晶体振荡器---TCXO 温度补偿晶体振荡器---VC-TCXO压控温补晶体振荡器(3).crystal filter—晶体滤波器(4).tuning fork x’tal (khz)-水晶振动子部分 KDS晶振图例:DT-14/DT-26/DT-38 DMX-26S DSX220G DSO321SR/221SR HC-49S/AT-49DSX321G/221 G SM-14J DSV531SV DSX530G/840GDSA/B321SDA晶振的名词术语:SMT :Surface Mount Technology 表面贴装技术SMD :Surface Mount Device 表面贴装元件OSC :Oscillator Crystal 晶体振荡器TCXO :Temperature Compensate X‘tal Oscillator 温度补偿晶体振荡器VC-TCXO :Voltage Controlled, Temperature Compensated Crystal Oscillator 压控温度补偿晶体振动器 VCXO :Voltage Control Oscillator 压控晶体振动器 DST410S/310S/210A DSX320G DSA/B321SCL HC-49SMD/SMD-49晶振的重要参数:1、标称频率F:晶体元件规范(或合同)指定的频率。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振是一种常见的电子元件,广泛应用于电子设备中。

它主要用于产生稳定的时钟信号,为电子设备的正常运行提供精确的时间基准。

本文将详细介绍晶振的工作原理。

一、晶振的结构晶振由晶体谐振器和驱动电路组成。

晶体谐振器是晶振的核心部件,其主要由晶体片、电极和封装壳体组成。

晶体片通常由石英晶体材料制成,具有高稳定性和精确的谐振频率。

二、晶振的工作原理晶振的工作原理基于晶体的压电效应。

当外加电场作用于晶体时,晶体会发生形变,产生机械振动。

而当晶体处于谐振频率附近时,机械振动会引起晶体内部电荷的积累和释放,从而产生电压信号。

晶振的驱动电路通过提供适当的电压和电流,使晶体谐振器处于谐振频率附近,从而产生稳定的振荡信号。

驱动电路通常由晶振振荡器、放大器和反馈电路组成。

晶振振荡器提供适当的激励信号,放大器放大振荡信号,反馈电路将一部分输出信号送回晶振振荡器,以维持振荡的稳定性。

三、晶振的特性1. 频率稳定性:晶振具有高度稳定的频率特性,通常在几个PPM(百万分之几)的范围内。

这使得晶振成为电子设备中精确计时的理想选择。

2. 温度特性:晶振的频率受温度影响较大。

在温度变化时,晶体的谐振频率会发生变化,因此晶振通常需要通过温度补偿电路来提高稳定性。

3. 启动时间:晶振的启动时间通常较短,只需几毫秒即可达到稳定的工作状态。

4. 功耗:晶振的功耗通常较低,这使得它适用于电池供电的设备。

四、应用领域晶振广泛应用于各种电子设备,包括计算机、通信设备、消费电子产品等。

它在这些设备中起着关键的作用,为设备提供准确的时钟信号,保证设备的正常运行。

在计算机领域,晶振被用于处理器、主板、内存等部件,确保它们以准确的速度进行工作。

在通信领域,晶振用于手机、无线路由器等设备,提供精确的时钟信号,保证通信的稳定性和可靠性。

在消费电子产品中,晶振被广泛应用于电视、音响、摄像机等设备,提供准确的时钟信号,保证设备的正常运行和功能的实现。

总结:晶振是电子设备中常见的元件,通过晶体的压电效应产生稳定的时钟信号。

晶振基础知识

晶振基础知识

4.晶振的应用 并联电路:
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器 1):如何选择晶体? 对于一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常重要,尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功 耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少,造成晶体起振很慢或根本就不能起振 。这一现象在上电复位时并不特别明显,原因时上电时电路有足够的扰动,很容易建立振荡。在睡眠 唤醒时,电路的扰动要比上电时小得多,起振变得很不容易。在振荡回路中,晶体既不能过激励(容易 振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑:谐振频点,负载电容,激励 功率,温度特性,长期稳定性。 2):晶振驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的 上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值 都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波 形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的 最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。 通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
3).如何选择电容C1,C2? (1):因为每一种晶振都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 (2): 在许可范围内,C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率,越准确越好, C值偏大虽有利于振荡器的稳定,但将会增加起振时间。 (3):应使C2值大于C1值,这样可使上电时,加快晶振起振。
2.晶振的基本原理
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器,是由于它具有正(机械能→电能)、反(电能→机械能)压电效应。沿 石英晶片的电轴或机械轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷,呈现出电压,其 大小与所加力产生的形变成正比;若施加张力,则产生反向电压,这种现象称为正电效应。当沿石英晶 片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种现象称为反压电效应。 因此,在晶体两面三刀端加上交流电压时,晶片会随电压的变化产生机械振动,机械振动又会在晶片内 表面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体,对于某一振动方式,有一个固有的机械谐振频率。当外 加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时,晶片的机械振动幅度最大,流过晶片的电流最大,产生了 共振现象。石英晶片的共振具有多谐性,即除可以基频共振外,还可以谐频共振,通常把利用晶片的基 频共振的谐振器,利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器,一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。 晶片的振动频率与厚度成反比,工作频率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,频率越低),,这样的晶片 其机械强度就越差,加工越困难,而且容易振碎,因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地,在 工作频率小于20MHZ时采用基频晶体,在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。

晶振的作用与原理

晶振的作用与原理

晶振的作用与原理一,晶振的作用(1)晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。

(2)晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.晶振是晶体振荡器的简称。

它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。

在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。

(3)晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。

数字电路的工作是根据电路设计,在某个时刻专门完成特定的任务,如果没有一个时序控制的标准时刻,整个数字电路就会成为“聋子”,不知道什么时刻该做什么事情了。

(4)晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。

如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

(5)电路中,为了得到交流信号,可以用RC、LC谐振电路取得,但这些电路的振荡频率并不稳定。

在要求得到高稳定频率的电路中,必须使用石英晶体振荡电路。

石英晶体具有高品质因数,振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后,振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10^(-11)。

广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。

石英晶振不分正负极, 外壳是地线,其两条不分正负二,晶振的原理;石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振(Crystal Oscillator)是一种基于晶体的电子元件,常用于电子设备中的时钟电路和频率稳定器。

晶振的工作原理是利用晶体的压电效应和谐振效应来产生稳定的振荡信号。

1. 晶体的压电效应晶体具有压电效应,即在晶体的两个相对平行的表面上施加压力时,会在晶体内部产生电荷分布的不均匀,从而产生电势差。

这种压电效应是由于晶体的晶格结构对压力的敏感性导致的。

2. 晶体的谐振效应晶体具有谐振效应,即当外加电场频率等于晶体的固有频率时,晶体会发生共振现象,产生较大的振荡幅度。

这是因为晶体的晶格结构对外加电场的频率具有选择性响应。

基于以上两个原理,晶振的工作可以描述如下:1. 晶振电路的组成晶振电路主要由晶体、电容和放大器组成。

晶体作为振荡元件,电容用于调节振荡频率,放大器用于放大振荡信号。

2. 晶振的工作过程首先,电源提供直流电压给晶振电路。

晶振电路中的放大器将直流电压转换为交流信号,并输入到晶体上。

晶体受到电场的作用,根据压电效应产生电势差,并通过电容调节后反馈给放大器。

当输入信号的频率等于晶体的固有频率时,晶体发生谐振现象,产生稳定的振荡信号。

这个振荡信号经过放大器放大后,输出到外部电路中。

3. 晶振的稳定性晶振具有较高的频率稳定性,这是由于晶体的固有频率非常稳定。

晶体的固有频率主要取决于晶体的物理结构和材料特性,而这些因素在制造过程中可以严格控制,从而保证了晶振的频率稳定性。

4. 晶振的应用晶振广泛应用于各种电子设备中,如计算机、手机、通信设备等。

它们在时钟电路中用于提供稳定的时钟信号,使设备能够按照预定的频率和时间进行工作。

此外,晶振还可以用作频率稳定器,用于调整和控制电子设备中的频率。

总结:晶振是一种基于晶体的电子元件,利用晶体的压电效应和谐振效应来产生稳定的振荡信号。

晶振电路由晶体、电容和放大器组成,工作过程中,晶体受到电场的作用产生电势差,并通过电容反馈给放大器,当输入信号的频率等于晶体的固有频率时,晶体发生谐振现象,产生稳定的振荡信号。

晶振在电路中的作用

晶振在电路中的作用

晶振在电路中的作用1. 引言晶体振荡器(简称晶振)是一种将电能转换为机械振动的装置。

在电子电路中,晶振被广泛应用于时钟、计时、频率稳定和信号发生等各种应用场景。

本文将详细介绍晶振在电路中的作用,包括工作原理、分类、特性以及应用案例等方面。

2. 晶振的工作原理晶振是利用压电效应实现机械振动和电信号转换的装置。

其基本结构由一个压电片和金属片组成,当施加外加电场时,压电片会产生机械应变从而产生机械振动。

这种机械振动会引起金属片上的接点间距变化,从而产生输出信号。

3. 晶振的分类根据频率稳定性和精度要求的不同,晶振可以分为以下几类:3.1 石英晶体振荡器(Quartz Crystal Oscillator)石英晶体是一种高稳定性和高精度的晶体材料,在频率控制方面具有很好的特性。

石英晶体振荡器广泛应用于计算机、通信设备、精密测量仪器等领域。

3.2 陶瓷晶体振荡器(Ceramic Crystal Oscillator)陶瓷晶体振荡器是一种成本较低的晶振,但其频率稳定性和精度相对较差。

由于价格便宜和尺寸小巧,陶瓷晶体振荡器常用于消费类电子产品中。

3.3 表面声波晶体振荡器(Surface Acoustic Wave Oscillator)表面声波晶体振荡器利用表面声波在压电片上传播产生机械振动,具有高频率稳定性和低相位噪声的特点。

该类型的晶振常用于无线通信、雷达系统等高要求的应用场景。

4. 晶振的特性4.1 频率稳定性晶振的频率稳定性是指其输出频率与环境温度、供电电压等因素变化时的偏移程度。

石英晶体具有较好的频率稳定性,其温度系数一般在10-6至10-5之间。

4.2 相位噪声晶振的相位噪声是指其输出信号相位随时间变化的不稳定性。

相位噪声越低,表示晶振输出信号的频率纯净度越高。

石英晶体振荡器具有较低的相位噪声,适用于需要高精度时钟和通信系统。

4.3 启动时间启动时间是指晶振从断电到开始稳定输出所需的时间。

一般来说,石英晶体振荡器的启动时间较短,可以在几毫秒内实现稳定输出。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振(Crystal Oscillator)是一种常用的电子元件,广泛应用于各种电子设备中,包括计算机、手机、电视等。

它是一种能够产生稳定振荡信号的设备,用于提供时钟信号或频率参考。

晶振的工作原理主要涉及晶体的压电效应和谐振原理。

1. 晶体的压电效应晶振中使用的晶体通常是石英晶体,它具有压电效应。

当施加外力或电场时,晶体会发生形变,产生电荷。

反之,当施加电压时,晶体会发生形变。

这种压电效应使得晶振能够将电能转化为机械振动,或将机械振动转化为电能。

2. 谐振原理晶振中的晶体通常采用谐振器的原理工作。

谐振器是一种能够在特定频率下产生共振的装置。

晶振中的晶体具有特定的谐振频率,当施加外部电压时,晶体会以谐振频率振动。

晶振的工作过程如下:1. 电源施加电压晶振通常需要外部电源供电。

当电源施加电压时,电流通过晶体,使其产生机械振动。

2. 晶体振动晶体受到电流的作用,产生机械振动。

这种振动是由晶体的压电效应引起的。

晶体的振动频率由晶体的物理特性决定。

3. 谐振频率晶振中的晶体具有特定的谐振频率。

当施加外部电压时,晶体会以谐振频率振动。

这种谐振频率通常是非常稳定的,可以提供准确的时钟信号或频率参考。

4. 输出信号晶振的输出信号通常是一个稳定的、高精度的振荡信号。

这个信号可以用于驱动其他电子元件,例如时钟电路、计数器等。

晶振的工作原理使得它在电子设备中具有重要的作用。

它可以提供准确的时钟信号,保证设备的正常运行。

同时,晶振的稳定性和精度也决定了设备的性能和精度。

总结:晶振是一种能够产生稳定振荡信号的电子元件,它的工作原理基于晶体的压电效应和谐振原理。

晶振通过施加电压使晶体产生机械振动,并以特定的谐振频率振动。

这种振动可以提供稳定的、高精度的振荡信号,用于驱动其他电子元件。

晶振的稳定性和精度对于电子设备的性能和精度至关重要。

晶振 串联电阻

晶振 串联电阻

晶振串联电阻一、引言晶振和串联电阻是电子领域中常见的两个概念,它们在电路设计和信号处理中起到重要的作用。

本文将分别介绍晶振和串联电阻的基本概念、工作原理以及在实际应用中的应用场景。

二、晶振1. 晶振的概念晶体振荡器(Crystal Oscillator),简称晶振,是一种利用石英晶体的机械振动产生稳定频率信号的器件。

它是现代电子设备中常用的时钟源,广泛应用于计算机、通信、仪器仪表等领域。

2. 晶振的工作原理晶振利用石英晶体具有压电效应的特性,当施加外加电场或机械力时,石英晶体会发生形变并产生压电荷。

利用这个特性,晶振通过将石英片放置在一个反馈电路中,使其处于正反馈状态,从而实现自激振荡并产生稳定频率的信号。

3. 晶振的分类根据使用频率的不同,晶振可以分为以下几种类型:•常见频率晶振:如4MHz、8MHz等,用于一般的计算机和通信设备。

•高频晶振:如100MHz、200MHz等,用于高性能计算机和无线通信设备。

•低频晶振:如32.768kHz等,用于实时时钟(RTC)和电子表格等低功耗设备。

4. 晶振的应用场景晶振在电子设备中有广泛的应用场景,主要包括:•时钟源:作为计算机、微控制器、单片机等系统的时钟源,提供稳定的定时信号。

•频率合成器:通过多个晶振的组合来生成特定频率的信号。

•PLL锁相环:利用晶振作为参考信号进行频率锁定和倍频运算。

•通信设备:作为射频前端的时钟源,提供稳定的射频信号。

三、串联电阻1. 串联电阻的概念串联电阻是指将多个电阻按照顺序连接在一起,形成一个串联电路。

在串联电路中,电流依次通过每个电阻,而总电压等于各个电阻之间电压的代数和。

2. 串联电阻的计算方法在串联电路中,各个电阻的阻值相加即可得到总阻值。

假设有n个串联电阻,分别为R1、R2、…、Rn,则总阻值Rt = R1 + R2 + … + Rn。

3. 串联电阻的特性•电流相同:在串联电路中,由于只有一条路径供电流通过,因此各个电阻中的电流大小相等。

晶振的应用电路原理图

晶振的应用电路原理图

晶振的应用电路原理图1. 晶振的基本原理晶振是一种通过压电效应产生机械振动并将其转换为电信号的器件。

它由一个压电晶体和其中的振荡电路组成。

当施加外部电场时,压电晶体会产生机械振动,这个振动会被感应电路转换为电信号。

这样就形成了一个可控频率的电信号源。

2. 晶振的主要特点•稳定性高:晶振的频率稳定性非常高,可控制在几个十分之一的范围内。

•可调谐性强:可以通过改变施加在晶振上的电场来实现频率的调整。

•占用空间小:晶振的尺寸通常很小,适合集成在电子设备中。

3. 晶振的应用领域晶振广泛应用于各种电子设备中,其中包括但不限于: - 通信设备:晶振常被用作时钟信号源,用于同步数据传输。

- 微处理器和微控制器:晶振用于提供主频信号,控制CPU的运行速度。

- 音频设备:晶振用于提供精确的时基信号,用于音频数字转换等应用。

- 电源管理:晶振用于提供时钟信号,控制电源管理电路的运行。

4. 晶振应用电路的原理图以下是一个晶振应用电路的基本原理图:晶振应用电路原理图:===========================_______| |VIN ---| || ||_______||-----| |--- -----| | | || R | | C || | | |--- -----| |-----|VOUT===========================•VIN:输入电压,用于提供晶振所需的电场。

•VIN和晶振之间的线条表示数据传输和电场耦合。

•VOUT:输出电压,表示晶振振动产生的电信号。

•R:电阻,用于控制晶振的振荡频率。

•C:电容,用于滤波和稳定晶振的输出信号。

5. 晶振应用电路的工作原理晶振应用电路的工作原理如下: 1. 输入电压VIN施加在晶振上,产生电场。

2. 电场作用下,晶体产生机械振动。

3. 振动信号被感应电路转换为电信号,输出为VOUT。

4. 输出电压VOUT经过电阻R和电容C的滤波和稳定处理,得到稳定的振荡信号。

芯片内部晶振

芯片内部晶振

芯片内部晶振芯片内部晶振是现代电子设备中常见的一个元件,它在电子设备中扮演着非常重要的角色。

本文将从晶振的定义、工作原理、分类、应用以及未来发展等方面进行介绍,以便读者对芯片内部晶振有更深入的了解。

一、晶振的定义晶振,全称为晶体振荡器,是一种能够产生稳定频率的电子元件。

它通过晶体的振荡来产生稳定的时钟信号,用于控制电子设备的节拍。

晶振的频率通常以赫兹(Hz)为单位。

二、晶振的工作原理晶振的工作原理基于晶体的压电效应。

晶体在受到外加电场的作用下,会出现形变,从而产生电荷。

当外加电场的频率等于晶体的固有频率时,晶体会发生共振,产生稳定的振荡信号。

这个振荡信号经过放大和整形处理后,成为芯片内部的时钟信号。

三、晶振的分类根据晶体的类型和工作频率,晶振可以分为石英晶振、陶瓷晶振和表面声波晶振等几种类型。

其中,石英晶振具有较高的精度和稳定性,广泛应用于高精度的电子设备中;陶瓷晶振则主要应用于低成本的电子设备中;表面声波晶振则适用于一些特殊的应用场景。

四、晶振的应用晶振在电子设备中有着广泛的应用。

首先,它是电子设备中的节拍和时钟信号源,用于控制各个电路模块的工作节奏,确保整个电子设备的正常运行。

其次,晶振还可以用于频率合成、频率测量、时钟同步等应用。

例如,在无线通信领域中,晶振用于产生无线信号的载波频率;在计算机领域中,晶振用于控制CPU的时钟频率。

五、晶振的未来发展随着电子设备的不断发展和进步,对晶振的要求也越来越高。

未来,晶振将朝着更高的精度、更低的功耗、更小的尺寸和更高的可靠性方向发展。

同时,随着无线通信、物联网等技术的不断发展,对晶振在频率范围和应用场景上的要求也会越来越多样化。

六、总结芯片内部晶振作为电子设备中的重要元件,具有稳定性高、精度高、功耗低等优点,在电子设备中起着至关重要的作用。

本文从晶振的定义、工作原理、分类、应用以及未来发展等方面进行了介绍,希望能够让读者对芯片内部晶振有更深入的了解。

晶振测量实训报告

晶振测量实训报告

标题:晶振测量实训报告一、实训目的本次晶振测量实训旨在使学生掌握晶振的基本原理、工作特性以及测量方法,提高学生对晶振性能参数的识别能力,为今后从事相关领域工作打下坚实基础。

二、实训内容1. 晶振的基本原理及工作特性(1)晶振的基本原理:晶振是利用石英晶体在压电效应下的振动特性,将输入的交流电压转换为稳定的振荡频率。

石英晶体具有高稳定性、高精度、低相位噪声等优良特性,广泛应用于电子设备中。

(2)晶振的工作特性:晶振的频率、温度系数、负载系数、相位噪声等参数是衡量晶振性能的重要指标。

2. 晶振的测量方法(1)频率测量:采用频率计对晶振的振荡频率进行测量,确保晶振工作在规定频率范围内。

(2)温度系数测量:通过改变晶振工作环境温度,观察晶振频率的变化,计算晶振的温度系数。

(3)负载系数测量:在晶振输出端接入不同负载,观察晶振频率的变化,计算晶振的负载系数。

(4)相位噪声测量:采用相位噪声分析仪对晶振的相位噪声进行测量,分析晶振的相位噪声特性。

三、实训步骤1. 晶振频率测量(1)将晶振接入频率计,观察频率计显示的频率值。

(2)调整晶振的工作环境温度,观察频率计显示的频率值,计算晶振的温度系数。

(3)接入不同负载,观察频率计显示的频率值,计算晶振的负载系数。

2. 晶振相位噪声测量(1)将晶振接入相位噪声分析仪,设置测量参数。

(2)观察相位噪声分析仪显示的相位噪声曲线,分析晶振的相位噪声特性。

四、实训结果与分析1. 频率测量结果通过频率计测量,晶振的振荡频率为XX MHz,符合设计要求。

2. 温度系数测量结果通过改变晶振工作环境温度,晶振频率变化范围为XX ppm/℃,温度系数为XX ppm/℃。

3. 负载系数测量结果接入不同负载后,晶振频率变化范围为XX ppm,负载系数为XX ppm。

4. 相位噪声测量结果通过相位噪声分析仪测量,晶振的相位噪声曲线如图1所示。

分析可知,晶振的相位噪声性能良好。

五、实训总结本次晶振测量实训使学生掌握了晶振的基本原理、工作特性以及测量方法,提高了学生对晶振性能参数的识别能力。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振,也称为晶体振荡器,是一种电子元件,常用于电子设备中的时钟电路、计时器、通信设备等。

它的主要功能是产生稳定的振荡信号,用于同步和控制电子设备的工作。

晶振的工作原理如下:1. 晶体的特性:晶振的核心部件是一个晶体,通常采用石英晶体。

石英晶体具有压电效应,即当施加压力或电场时,会产生电荷分布不均,从而产生电势差。

2. 振荡回路:晶振由一个振荡回路组成,包括晶体、电容和电感等元件。

这些元件形成了一个闭合的电路,使得电荷在晶体中来回振荡。

3. 激励信号:为了启动晶振的振荡,需要一个激励信号。

通常,一个电压脉冲或电压波形被施加到振荡回路中,以激励晶体开始振荡。

4. 振荡频率的选择:晶振的振荡频率由晶体的物理尺寸和晶体的谐振频率决定。

在制造晶振时,可以通过选择合适的晶体尺寸和加工工艺来实现所需的振荡频率。

5. 反馈机制:晶振通过反馈机制来保持振荡的稳定性。

当晶体振荡时,振荡回路会将一部分振荡信号反馈给晶体,这个反馈信号有助于维持振荡的稳定性。

6. 输出信号:晶振的振荡信号可以通过输出引脚传递给其他电子设备,用于同步和控制它们的工作。

晶振的工作原理可以简单总结为:通过激励信号激励晶体,使其产生振荡信号,并通过振荡回路和反馈机制维持振荡的稳定性,最终输出稳定的振荡信号。

晶振在电子设备中起着重要的作用,它提供了稳定的时钟信号,使得设备能够按照预定的频率和时间进行工作。

同时,晶振还具有较高的频率稳定性和温度稳定性,使得设备在不同环境下都能正常工作。

需要注意的是,晶振的选择应根据具体的应用需求来确定,包括振荡频率、尺寸、温度特性等。

不同的应用场景可能需要不同类型的晶振,因此在设计电子设备时,需要仔细选择合适的晶振。

总结起来,晶振是一种重要的电子元件,通过激励信号和振荡回路实现稳定的振荡,并输出稳定的振荡信号。

它在电子设备中具有关键的作用,用于提供稳定的时钟信号和控制信号,确保设备的正常工作。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振(Crystal Oscillator)是一种常用的电子元件,用于产生稳定的高频振荡信号。

它在各种电子设备中广泛应用,如计算机、通信设备、无线电设备等。

晶振的工作原理基于晶体的压电效应和谐振现象。

晶振的主要组成部分是晶体谐振器,通常由一个晶体片和两个电极组成。

晶体片是由具有压电效应的材料制成,如石英(Quartz)、石英晶体(Quartz Crystal)等。

晶体片的形状和尺寸决定了晶振的频率。

晶振的工作原理如下:1. 晶体谐振器的电极施加交流电压。

当电压施加到晶体片的电极上时,晶体片会发生压电效应,即在晶体片的表面产生机械应变。

2. 机械应变引起晶体片的厚度和长度的微小变化,这种变化称为压电效应。

压电效应会导致晶体片的机械谐振。

3. 当施加的交流电压的频率与晶体片的机械谐振频率相等时,晶体片会产生共振现象。

在共振频率附近,晶体片的机械振动幅度最大。

4. 晶体片的机械振动会导致电荷的积累和释放,形成一个交变电场。

这个交变电场会在晶体片的电极之间产生交流电压信号。

5. 交流电压信号经过放大和整形电路后,就可以作为稳定的高频振荡信号输出。

晶振的工作原理可以通过以下几个要点总结:1. 晶振利用晶体片的压电效应和谐振现象来产生稳定的高频振荡信号。

2. 施加交流电压引起晶体片的机械振动,机械振动导致电荷的积累和释放,形成交变电场。

3. 交变电场经过放大和整形后,输出稳定的高频振荡信号。

晶振的工作原理决定了它具有以下特点:1. 高稳定性:晶振利用晶体的谐振现象,因此具有较高的频率稳定性,可以提供精确的时钟信号。

2. 高精度:晶振的频率由晶体片的形状和尺寸决定,可以通过精确的制造工艺来控制频率,提供高精度的振荡信号。

3. 快启动时间:晶振具有快速启动时间,可以迅速达到稳定的工作状态。

4. 低功耗:晶振工作时的功耗较低,适用于各种电子设备。

总结:晶振是一种常用的电子元件,利用晶体的压电效应和谐振现象来产生稳定的高频振荡信号。

(整理)晶振的原理及特性

(整理)晶振的原理及特性

我们常说的晶振一般叫做晶体谐振器,是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

这种晶体有一个很重要的特性,如果给他通电,他就会产生机械振荡,反之,如果给他机械力,他又会产生电,这种特性叫机电效应。

他们有一个很重要的特点,其振荡频率与他们的形状,材料,切割方向等密切相关。

由于石英晶体化学性能非常稳定,热膨胀系数非常小,其振荡频率也非常稳定,由于控制几何尺寸可以做到很精密,因此,其谐振频率也很准确。

根据石英晶体的机电效应,我们可以把它等效为一个电磁振荡回路,即谐振回路。

他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换,由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。

在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。

由于石英晶体的损耗非常小,即Q 值非常高,做振荡器用时,可以产生非常稳定的振荡,作滤波器用,可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

无源晶体与有源晶振的区别、应用范围及用法:1、无源晶体——无源晶体需要用DSP片内的振荡器,在datasheet上有建议的连接方法。

无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP,而且价格通常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。

无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。

有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振,也被称为晶体振荡器,是一种电子元件,常用于电子设备中的时钟电路、频率调整电路等。

它主要通过晶体的压电效应来产生稳定的振荡信号。

晶振的工作原理可以分为以下几个方面。

1. 晶体的压电效应:晶振的核心部件是晶体,晶体具有压电效应。

当施加外力或者电场时,晶体味产生电荷的分布变化,从而产生电压。

反之,当施加电压时,晶体味发生形变。

这种压电效应使得晶体成为产生稳定振荡信号的理想材料。

2. 晶体的谐振特性:晶体具有谐振特性,即在特定频率下,晶体味发生共振现象。

当施加电场或者外力使晶体振动时,如果振动频率与晶体的固有频率相同,晶体将会发生共振,振幅将会达到最大值。

这种谐振特性使得晶体能够产生稳定的振荡信号。

3. 晶体的振荡电路:晶振通常由晶体振荡器和振荡电路组成。

振荡电路中包含放大器和反馈电路。

晶体振荡器将晶体的振荡信号放大,并通过反馈电路将一部份输出信号再次输入到晶体中,使晶体保持振荡。

通过适当的放大和反馈控制,晶振可以产生稳定的振荡信号。

4. 频率稳定性:晶振的一个重要特点是频率稳定性。

晶体的固有频率非常稳定,因此晶振产生的振荡信号频率也非常稳定。

这使得晶振广泛应用于需要精确计时和频率控制的电子设备中,如计算机、通信设备、电视等。

5. 工作电压和频率范围:晶振的工作电压和频率范围根据具体的型号和应用需求而有所不同。

普通来说,晶振的工作电压在几伏到几十伏之间,频率范围从几千赫兹到几百兆赫兹不等。

总结:晶振的工作原理是基于晶体的压电效应和谐振特性,通过晶体振荡器和振荡电路产生稳定的振荡信号。

晶振具有频率稳定性,适合于各种需要精确计时和频率控制的电子设备。

它是现代电子技术中不可或者缺的重要组成部份。

晶振的工作原理及应用

晶振的工作原理及应用

晶振的工作原理及应用一、晶振的工作原理晶振(Crystal Oscillator)是一种能够产生稳定的振荡信号的元件,常用于电子设备中提供准确的时钟信号。

晶振的工作原理可以分为以下几个方面:1.晶体:晶振的核心部件是晶体,一般采用石英晶体作为振荡器的振荡元件。

晶体具有压电效应,当在晶体上施加外加电场时,会在其表面形成特定的振荡频率。

振荡频率取决于晶体几何形状和厚度。

2.回路:晶振通常由一个电路回路组成,其中包括晶体和辅助电路。

晶体之外的辅助电路通常由放大器、反馈电路和电阻等元件组成。

放大器用于放大晶体振荡产生的信号,并将放大后的信号反馈给晶体,以确保振荡的稳定性。

3.振荡特性:晶振的振荡特性主要由晶体的机械和电学特性决定。

其中,晶体的机械特性包括晶体材料的晶格结构、晶体厚度和材料的机械弹性等。

电学特性包括晶体的硬度、介电性、介电常数和电荷分布等。

二、晶振的应用晶振作为一种稳定的时钟源,在电子设备中具有广泛的应用。

以下是晶振的一些主要应用场景:1.计算机:晶振广泛应用于计算机的主频发生器中,用于产生CPU和其他设备的时钟信号。

晶振通过提供稳定的时钟脉冲,确保计算机各个组件的协调工作,避免数据传输错误和系统崩溃。

2.通信设备:晶振在通信设备中也扮演着重要的角色,如无线电通信模块、手机、调制解调器等。

晶振提供准确的时钟信号以同步数据传输,确保通信设备的稳定性和可靠性。

3.音视频设备:晶振在音频和视频设备中的应用也非常常见,如音频解码器、数字录音机、数字相机等。

晶振提供准确的时钟信号,确保音视频设备以正确的频率运行,避免声音失真和画面抖动。

4.测量仪器:晶振在测量仪器中的应用主要是为测量仪器提供稳定的时钟信号,确保测量结果的准确性。

例如,频谱分析仪、示波器和信号发生器等测量仪器都需要高精度的时钟信号来实现精确的测量。

5.其他领域:除了上述应用场景,晶振还广泛应用于一些其他领域。

例如汽车电子中的仪表盘、车载导航和车载音响等,以及工业控制设备、医疗设备和军事设备等。

晶振的基本原理及特性

晶振的基本原理及特性

压控范围: ±7E-7 ±2E-6 ±5E-6
温度稳定度: ±1E-8 ±2E-8 ±5E-8
短稳: 1E-11/s 5E-11/s 1E-10/s
2) 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)。
其对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段,主要原理是通过感应环境温度,将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率,达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿,随着补偿技术的发展,很多数字化补偿大TCXO开始出现,这种数字化补偿的TCXO又叫DTCXO,用单片机进行补偿时我们称之为MCXO,由于采用了数字化技术,这一类型的晶振再温度特性上达到了很高的精度,并且能够适应更宽的工作温度范围,主要应用于军工领域和使用环境恶劣的场合。在广大研发人员的共同努力下,我公司自主开发出了高精度的MCXO,其设计原理和在世界范围都是领先的,配以高度自动化的生产测试系统,其月产可以达到5000只,其设计原理如图4。
压控频率响应范围:当调制频率变化时,峰值频偏与调制频率之间的关系。通常用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB表示。
说明:VCXO频率压控范围频率响应为0~10kHz。
频率压控线性:与理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。
4) 压控晶体振荡器(VCXO)。这是根据晶振是否带压控功能来分类,带压控输入引脚的一类晶振叫VCXO,以上三种类型的晶振都可以带压控端口。
振 荡
选频放大
整形输出
压控电压
电压变换
频率输出
AGC
温度补偿/恒温
图3恒温晶体振荡器原理框图
OCXO的主要优点是,由于采用了恒温槽技术,频率温度特性在所有类型晶振中是最好的,由于电路设计精密,其短稳和相位噪声都较好。主要缺点是功耗大、体积大,需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。我公司生产的此类晶振的典型指标如下:

cpu的晶振

cpu的晶振

cpu的晶振CPU的晶振是指中央处理器(CPU)上的晶体振荡器,它是计算机系统中非常重要的组成部分。

晶振的作用是提供一个稳定的时钟信号,用于同步计算机内部各个组件的工作。

本文将从晶振的原理、工作方式和应用等方面进行阐述。

一、晶振的原理晶振是利用晶体的机械振动产生电信号的装置。

在CPU中,晶振通过振荡晶体的机械振动产生一定频率的电信号,这个频率就是CPU 的工作频率。

晶振的原理是利用晶体的压电效应和回路反馈原理,通过在晶体上施加电压,使晶体发生机械振动,从而产生电信号。

二、晶振的工作方式晶振由晶体振荡器和频率稳定电路组成。

晶体振荡器是通过在晶体上施加电场,使晶体的机械振动频率与晶体的谐振频率保持一致,从而产生稳定的时钟信号。

频率稳定电路用于对晶振输出的时钟信号进行滤波和放大,以保证时钟信号的稳定性和可靠性。

三、晶振的应用晶振广泛应用于计算机、通信设备、电子仪器等领域。

在计算机中,晶振作为时钟源,用于控制CPU和其他硬件组件的工作频率,确保计算机系统的正常运行。

在通信设备中,晶振用于同步数据传输和调整通信速率。

在电子仪器中,晶振用于提供精确的时间基准,以保证仪器的测量和控制精度。

晶振的频率决定了CPU的工作速度和性能。

目前常用的晶振频率有3.2GHz、3.6GHz、4.0GHz等,随着技术的不断发展,晶振的频率也在不断提高。

高频率的晶振可以提高CPU的计算速度和数据处理能力,但也会带来更高的功耗和发热量,需要进行散热和功耗管理。

晶振的选择和设计对计算机系统的性能和稳定性有着重要影响。

一方面,选择合适的晶振频率可以提升系统性能,但过高或过低的频率都会导致系统不稳定或性能下降。

另一方面,晶振的精度和稳定性也会影响系统的时钟同步和数据传输,不同领域的应用对晶振的要求也不同。

总结起来,CPU的晶振作为计算机系统中的重要组成部分,提供稳定的时钟信号,确保系统的正常运行。

晶振的原理是利用晶体的机械振动产生电信号,通过晶振器和频率稳定电路实现。

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晶振的基本原理及特性晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路;实际的晶振交流等效电路如图1b,其中Cv是用来调节振荡频率,一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现,这也是压控作用的机理;把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。

其中Co,C1,L1,RR是晶体的等效电路。

分析整个振荡槽路可知,利用Cv来改变频率是有限的:决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv 三个电容串联后和Co并联再和C1串联。

可以看出:C1越小,Co越大,Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。

因而能“压控”的频率范围也越小。

实际上,由于C1很小(1E-15量级),Co不能忽略(1E-12量级,几PF)。

所以,Cv变大时,降低槽路频率的作用越来越小,Cv变小时,升高槽路频率的作用却越来越大。

这一方面引起压控特性的非线性,压控范围越大,非线性就越厉害;另一方面,分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小,最后导致停振。

采用泛音次数越高的晶振,其等效电容C1就越小;因此频率的变化范围也就越小。

晶振的指标总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。

说明:总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。

一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。

例如:精密制导雷达。

频率稳定度:任何晶振,频率不稳定是绝对的,程度不同而已。

一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。

图中表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。

图2 晶振输出频率随时间变化的示意图曲线1是用0.1秒测量一次的情况,表现了晶振的短稳;曲线3是用100秒测量一次的情况,表现了晶振的漂移;曲线4 是用1天一次测量的情况。

表现了晶振的老化。

频率温度稳定度:在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

ft=±(f max-fmin)/(fmax+fmin)ftref =±MAX[|(fmax-fref)/fref|,|(fmin-fref)/fref|]ft:频率温度稳定度(不带隐含基准温度)ftref:频率温度稳定度(带隐含基准温度)fmax :规定温度范围内测得的最高频率fmin:规定温度范围内测得的最低频率fref:规定基准温度测得的频率说明:采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高。

开机特性(频率稳定预热时间):指开机后一段时间(如5分钟)的频率到开机后另一段时间(如1小时)的频率的变化率。

表示了晶振达到稳定的速度。

这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用。

说明:在多数应用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机,这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到(尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台,当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),采用OCXO作为本振,频率稳定预热时间将不少于5分钟,而采用MCXO只需要十几秒钟)。

频率老化率: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(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。

晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题。

应力要经过一段时间的变化才能稳定,一种叫“应力补偿”的晶体切割方法(SC切割法)使晶体有较好的特性。

污染物和残留气体的分子会沉积在晶体片上或使晶体电极氧化,振荡频率越高,所用的晶体片就越薄,这种影响就越厉害。

这种影响要经过一段较长的时间才能逐渐稳定,而且这种稳定随着温度或工作状态的变化会有反复——使污染物在晶体表面再度集中或分散。

因此,频率低的晶振比频率高的晶振、工作时间长的晶振比工作时间短的晶振、连续工作的晶振比断续工作的晶振的老化率要好。

说明:TCXO的频率老化率为:±0.2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情况,TCXO很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变化引起的频率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意义)。

OCXO的频率老化率为:±0.5ppb~±10ppb/天(加电72小时后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。

短稳:短期稳定度,观察的时间为1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。

晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而产生频谱很宽的不稳定。

测量一连串的频率值后,用阿伦方程计算。

相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有专用仪器测量)。

重现性:定义:晶振经长时间工作稳定后关机,停机一段时间t1(如24小时),开机一段时间t2(如4小时),测得频率f1,再停机同一段时间t1,再开机同一段时间t2,测得频率f2。

重现性=(f2-f1)/f2。

频率压控范围:将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量。

说明:基准电压为+2.5V,规定终点电压为+0.5V和+4.5V,压控晶体振荡器在+0.5V频率控制电压时频率改变量为-2ppm,在+4.5V频率控制电压时频率改变量为+2.1ppm,则VCXO电压控制频率压控范围表示为:≥±2ppm(2.5V±2V),斜率为正,线性为+2.4%。

压控频率响应范围:当调制频率变化时,峰值频偏与调制频率之间的关系。

通常用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB表示。

说明:VCXO频率压控范围频率响应为0~10kHz。

频率压控线性:与理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。

说明:典型的VCXO频率压控线性为:≤±10%,≤±20%。

简单的VCXO频率压控线性计算方法为(当频率压控极性为正极性时):频率压控线性=±((fmax-fmin)/ f0)×100%fmax:VCXO在最大压控电压时的输出频率fmin:VCXO在最小压控电压时的输出频率f0:压控中心电压频率单边带相位噪声£(f):偏离载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。

输出波形:从大类来说,输出波形可以分为方波和正弦波两类。

方波主要用于数字通信系统时钟上,对方波主要有输出电平、占空比、上升/下降时间、驱动能力等几个指标要求。

随着科学技术的迅猛发展,通信、雷达和高速数传等类似系统中,需要高质量的信号源作为日趋复杂的基带信息的载波。

因为一个带有寄生调幅及调相的载波信号(不干净的信号)被载有信息的基带信号调制后,这些理想状态下不应存在的频谱成份(载波中的寄生调制)会导致所传输的信号质量及数传误码率明显变坏。

所以作为所传输信号的载体,载波信号的干净程度(频谱纯度)对通信质量有着直接的影响。

对于正弦波,通常需要提供例如谐波、噪声和输出功率等指标。

晶振的分类根据晶振的功能和实现技术的不同,可以将晶振分为以下四类:1) 恒温晶体振荡器(以下简称OCXO)这类型晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术,将晶体置于恒温槽内,通过设置恒温工作点,使槽体保持恒温状态,在一定范围内不受外界温度影响,达到稳定输出频率的效果。

这类晶振主要用于各种类型的通信设备,包括交换机、SDH传输设备、移动通信直放机、GPS接收机、电台、数字电视及军工设备等领域。

根据用户需要,该类型晶振可以带压控引脚。

OCXO的工作原理如下图3所示:图3 恒温晶体振荡器原理框图OCXO的主要优点是,由于采用了恒温槽技术,频率温度特性在所有类型晶振中是最好的,由于电路设计精密,其短稳和相位噪声都较好。

主要缺点是功耗大、体积大,需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。

我公司生产的此类晶振的典型指标如下:2) 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)。

其对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段,主要原理是通过感应环境温度,将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率,达到稳定输出频率的效果。

传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿,随着补偿技术的发展,很多数字化补偿大TCXO开始出现,这种数字化补偿的TCXO又叫DTCXO,用单片机进行补偿时我们称之为MCXO,由于采用了数字化技术,这一类型的晶振再温度特性上达到了很高的精度,并且能够适应更宽的工作温度范围,主要应用于军工领域和使用环境恶劣的场合。

在广大研发人员的共同努力下,我公司自主开发出了高精度的MCXO,其设计原理和在世界范围都是领先的,配以高度自动化的生产测试系统,其月产可以达到5000只,其设计原理如图4。

图4 MCXO数字温补晶振原理框图这类型晶振的典型的应用指标如下:3) 普通晶体振荡器(SPXO)。

这是一种简单的晶体振荡器,通常称为钟振,其工作原理为图3中去除“压控”、“温度补偿”和“AGC”部分,完全是由晶体的自由振荡完成。

这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。

4) 压控晶体振荡器(VCXO)。

这是根据晶振是否带压控功能来分类,带压控输入引脚的一类晶振叫VCXO,以上三种类型的晶振都可以带压控端口。

石英晶体振荡器的特点石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

2、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。

反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应。

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