晶体振荡器电路设计的7个关键因素

了解成功的晶振电路设计有7个关键因素。

这些包括
串联电路
负载电容
并联电路
驱动等级
频率与模式
设计注意事项
负电阻
在本文中，晶振商城将介绍晶振设计的基础知识以及出色的晶振电路设计的7个关键组件。

什么是晶振电路？（晶振电路基础）
晶振电路由放大器和反馈网络组成。

反馈网络从放大器获取特定输出，然后将其发送回放大器输入。

绘制出来时看起来很简单...
...但是越深入，复杂性就越大。

为了使晶振电路有效运行，必须满足两个关键条件：
环路功率增益必须等于一致
环路相移必须等于0、2Pi，4Pi等弧度。

引导回放大器输入的功率必须足以提供放大器输入，晶振的成品率并克服电路损耗。

晶振的精确频率由晶振电路内的环路相移确定。

相移的任何变化都将导致频率变化。

减少净相移的最佳方法之一是在反馈环路中使用晶振。

当在晶振的反馈环路中使用晶体时，晶振的频率输出实际上会对其进行调节。

晶振产生的电抗满足相环要求。

足以充分理解晶振设计的基础。

让我们继续进入晶振电路设计的7个主要考虑因素。

晶振电路设计的7个主要注意事项
1.串联电路
串联电路晶振使用设计为以其自然谐振频率工作的。

对于这种类型的电路，在反馈回路中不需要电容器。

串联谐振晶振电路是相当基本的，并且由于其元件数量少而通常被使用。

串联电路可以提供除通过以外的反馈路径。

这意味着即使在故障期间，电路也可能继续以主观频率振荡。

串联电路的一个重大缺陷是，如果系统需要修改，则无法调整输出频率。

串联谐振的设计具有最佳的频率，容差和稳定性，并且无需调整即可固定。

2.负载电容
负载电容可以在晶振电路设计中发挥关键作用。

在下一个设计注意事项中，您将看到一个负载电容重要性的示例，但现在，让我们仔细研究一下负载电容本身。

负载电容被描述为在电路中端子两端测量或计算的电容量。

对于串联电路，晶振电路的连接点之间没有电容。

因此，电路中没有负载电容。

并联电路则是另一回事。

要确定并联电路中的负载电容（在设计考虑因素3中进行了描述），请使用以下便捷公式：
在该公式中，LC1和LC2代表负载电容器。

Cs是电路游荡电容（通常在3至5 pF之间）。

3.并联电路
并联谐振晶振电路是用设计的，该可以在特定的负载电容下工作。

这会导致晶振以高于串联谐振频率但低于真正的并联谐振频率的频率工作。

为了完成这种类型的电路中的反馈环路，必须设计通过晶振的路由。

如果失效，电路将不再振荡。

那么确定晶振频率的“负载电容”从何而来呢？该电路实际上使用了一个隔离逆变器，该逆变器在反馈环路中具有两个电容，这些电容包含负载电容。

如果负载电容改变，晶振产生的频率也会改变。

话虽如此，需要注意的是，如果需要调整，这种电路类型对于轻松调整频率而言并不理想。

此外，还需要精确的频率控制和负载电容的精确规范。

例如，如果将一个容量为20 pF的20 MHz放置在评估值为30 pF的电路中，则该将低于指定值。

但是，如果电路的评估值仅为10 pF，则频率将高于指定值。

4.驱动等级
驱动电平是在工作时消耗的电量。

功率通常以毫瓦或微瓦来描述。

将石英指定为驱动电平的特定最大值，该最大值会影响晶振的频率和工作模式。

与您的晶振供应商合作，确定石英晶振可以承受的最大驱动水平非常重要。

那么，如果晶振超过最大驱动电平会怎样？可能导致晶振
变得不稳定
加快年龄
导致关键应用中的通信或时间丢失
要计算的驱动电平，请使用以下方程式（基本上只是欧姆定律，但要考虑功率）。

驱动等级=（有效值2 x R）
Irms =测得的流经石英的均方根电流
R = 石英的最大电阻
要测量晶振电路的实际驱动电平，可以在电路中插入一个电阻。

然后可以读取电阻两端的压降，以计算电流和功耗。

当然，请确保在此测量之后将电阻器移除。

5.频率与模式
晶振的频率可能受到物理尺寸的限制。

有时，这可能是某些应用程序的长度和宽度。

其他时候，它可能是石英本身的厚度。

石英晶片越薄，频率越高。

石英晶片的厚度通常太薄，以至于无法在30 MHz左右的水平上进行处理。

如果需要频率高于极限频率的晶振，则可以利用“基本频率”。

基本频率是“ 由整个物体的振动产生的最低频率，与较高频率的谐波不同。

” 如果的基本频率为10 MHz，它也可能以基本频率的3、5、7等振荡。

因此，晶振可以在30 MHz，50 MHz，70 MHz等频率下振荡。

这是频率的泛音。

当需要使用泛音频率时，制造商必须将设计为以所需的泛音频率工作。

切勿尝试订购基本模式，然后在另一个所需的泛音下操作它，因为基本和泛音的制造工艺不同。

6.设计注意事项
为了使晶振电路达到最佳工作状态，应遵循一些设计注意事项。

始终建议的一件事是在电路中避免并行走线。

这样做会减少杂散电容。

所有走线应保持尽可能短，以防止耦合。

通过使用接地层使组件保持隔离也可以帮助实现这一点。

7.负电阻
必须设计晶振以增强“负电阻”以获得最佳性能。

负电阻通常也称为“振荡余量”。

这是6个简单步骤，可帮助您计算晶振电路中的负电阻
临时安装与串联的可变电阻器
将电阻设置为最低设置（接近零欧姆）
接通晶振电源并监控示波器的输出
随着您不断监视示波器信号，开始使用可变电阻器增加电路中的电阻
一旦振荡停止，请记下可变电阻以确定欧姆值
将的最大电阻值（由供应商指定）与步骤5中测得的欧姆值相加
计算出的总值为“负电阻”或“振荡余量”。

根据一般经验，为了可靠，负电阻应至少为规定最大电阻值的5倍。

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