晶體波形與哪些石英晶振參數(shù)有關(guān)及它的輸出方式
晶振最主要的工作方式就是靠里面的石英晶體片產(chǎn)生振動,天然的石英水晶經(jīng)過切片加工打磨形成晶體片,再利用AT切或BT切技術(shù)產(chǎn)生頻點,最后依靠先進(jìn)的技術(shù)封裝就成了一顆完美的壓電晶體器件。那晶振波形是指什么呢?為什么會有晶振波形?其實本身水晶片就有波形輸出,只不過沒經(jīng)過加工不怎么明顯。
晶振波形大部分朋友可能并不了解,我們晶振廠家在出廠檢測時會有一項波形輸出檢測,當(dāng)然這種能顯示出波形的檢測儀器都是一些專業(yè)的石英晶振儀器,一般都是比較大的生產(chǎn)廠家才會有,因此很多朋友不知道或者沒見過都不足為奇。那晶振波形到底有什么意義呢,和晶振功能性能有什么直接關(guān)系嗎?
其實在晶振眾多參數(shù)中最影響波形變化的就是負(fù)載電容值和頻率,波形負(fù)載是晶振非常重要參數(shù)指標(biāo),如果選擇使用不當(dāng)?shù)脑?,輕微則出現(xiàn)停振或信號源不正常,重則會損壞整機(jī)產(chǎn)品,因此晶振的波形選擇和本身負(fù)載有很大的關(guān)系。頻率低的普通晶體一般在12PF值以內(nèi),所以波形輸出的功率相對小些,但是一些貼片晶振的頻率比較高,達(dá)到兆級以上的話,負(fù)載一般會在20PF左右,這時候晶振本身會產(chǎn)生基頻,正弦波峰值會變高,所以在國內(nèi)很少有晶振廠家做到在正常高頻晶振產(chǎn)生基頻的時候正弦波現(xiàn)象會正常。深圳市冠杰電子晶振廠家為了攻破這一難關(guān),讓工程部的同事遠(yuǎn)赴國外進(jìn)行技術(shù)交流,虛心學(xué),,終于攻破了這一技術(shù)難關(guān),成為廣大客戶最優(yōu)質(zhì)的晶振供應(yīng)商。
其實晶振波形也依據(jù)晶振分類有不同的晶振波形,石英晶振來說通常是兩種分類,石英晶體振蕩器和石英晶體諧振器,有時我們也叫它無源晶振和有源晶振。普通的無源晶體即石英晶振在儀器測試的時候是輸出的正弦波,石英晶體諧振器只有這一種波形。但有源晶振在儀器測試的時候輸出有兩種波形現(xiàn)象正弦波或方波,其實石英晶體振蕩器本身輸出波形也是和無源晶體一樣是正弦波頻段,只不過區(qū)別在于因為有源晶振其內(nèi)部有整流電路,帶有電壓性質(zhì),所以輸出了方波。當(dāng)然這也是晶振行業(yè)的一大技術(shù)突破,使得石英晶振可以更好的具有耐高溫性和穩(wěn)定性,而這兩種電氣特性都是廣大客戶最為鐘愛看重的。
石英晶振方波主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)時鐘上,用來驅(qū)動時純計數(shù)電路或門電路,對方波主要有輸出電平、占空比、上升/下降時間、驅(qū)動能力等幾個指標(biāo)要求。但是在模擬測試的時候不方便使用,因為方波輸出功率大,而且驅(qū)動能力強(qiáng)。正弦波主要用于對EMI、頻率干擾有特殊要求的電路,主要是這種PCB電路要求輸出的諧波成份很小,所以一般客戶在測試模擬電路的時候都會選擇正弦波來測試,主要的指標(biāo)有諧波次數(shù)和相位噪聲,頻率輸出功率等。下面是晶振波形負(fù)載的電路輸出幾種種類形式,有興趣的朋友可以具體來了解一下。
A、取代石英晶體諧振器作為振蕩電路的輸入;
在很多電子芯片中都可以直接使用石英晶體諧振器做為時鐘脈沖產(chǎn)生器,如果要求更高質(zhì)量的時鐘,也會用到晶體振蕩器。例如常用的單片機(jī)AT89C51,其管腳XTAL1和XTAL2本是用來接晶體諧振器的(另外需要2個電容),如果用來接石英晶體振蕩器,分析其內(nèi)部電路可知,XTAL1腳為其內(nèi)部振蕩電路的輸入端,輸入阻抗很高,放大倍數(shù)很大,因此較小的波形就可以使其觸發(fā)工作(峰峰值100mV~1V),特別適合于準(zhǔn)正弦波的驅(qū)動。例如正弦波輸出的有源晶振也可以對其驅(qū)動,但需要在輸入端加阻抗匹配電阻,對產(chǎn)品本身的輸出也是一種浪費(fèi),方波輸出的晶振也可以對其驅(qū)動,但因方波輸出幅度太大,存在過驅(qū)動的嫌疑。過驅(qū)動的壞處就是會使時鐘電路的噪聲變大,如果對噪聲不敏感,也可以這樣用。方波輸出的貼片晶振最好接入XTAL2管腳,因為貼片晶振一般常用的都是4腳,接XTAL2管腳是門電路輸入和輸出的并聯(lián),其輸入阻抗較低,需要的驅(qū)動電平較大(至少要達(dá)到TTL電平低電平小于0.4V,高電平大于2.4V的標(biāo)準(zhǔn)),用正弦波或準(zhǔn)正弦波需要其帶負(fù)載時峰峰值達(dá)到2V以上才可以,這就說明接石英晶體振蕩器時,管腳上的兩個電容一般是不需要的。
B、對EMI、頻率干擾有特殊要求的電路;
這種電路要求輸出的高次諧波成分很小,因此不管驅(qū)動的是什么電路,都以正弦波為最好,方波輸出分為TTL電平和CMOS電平,正弦波對頻率干擾性是最小的。
C、濾波器類的電路的輸出;
這種電路一般適用于50歐姆的負(fù)載,這是因為這類電路一般需要50歐姆負(fù)載作匹配,在射頻領(lǐng)域還有75歐姆、300歐姆等特征阻抗,需要時要加以說明。此類的輸出波形最適合的為正弦波,正弦波經(jīng)過長線傳輸后波形只是幅度有所衰減,這種情況下波形不會發(fā)生改變。
D、門電路的輸入;
要驅(qū)動門電路,需要講究高電平、低電平、占空比、上升時間、下降時間等指標(biāo),否則難以順利驅(qū)動,因此方波是最適合的波形。門電路也有TTL和CMOS門的區(qū)分,但目前主流的電路都實現(xiàn)了TTL/CMOS的兼容,作為高阻抗的輸入,其輸入的電阻成分阻值很大,但具有一定的容性阻抗。例如典型的74HC04與非門的輸入阻抗約為3.5PF(有時候晶振輸出不止驅(qū)動一個門,因此方波負(fù)載一般為15PF,這樣可以驅(qū)動3~4個門,有種高驅(qū)動能力的重負(fù)載為50PF,可以驅(qū)動十幾個門)。
E、同軸電纜類的長線輸出;
晶振是一種比較敏感的電子元件,所承載的內(nèi)部參數(shù)都非常的主要,在阻抗達(dá)到50歐姆以上的時候石英晶振負(fù)載電容值會有松動,從而頻率會有所漂移。
F、三極管、高速運(yùn)放電路的輸入;
有時候用戶為實現(xiàn)整形、放大等目的,用三極管、高速運(yùn)放對晶振波形進(jìn)行處理,這種情況下負(fù)載阻抗一般不是太重,用正弦波的波形最為合適,只是需要提供負(fù)載、波形幅度等參數(shù)。
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