晶振选择概要

晶振选择概要
晶振选择概要

Freescale Semiconductor Application Note

Document Number: AN3251

Rev. 0.0, 03/2006

1Introduction

This document describes the reference oscillator crystal requirements for the MC1319x, MC1320x, and

MC1321x family of ZigBee 2.4 GHz low power devices. This device family contains an on-board reference

oscillator and because this oscillator is designed for ultra low power consumption, to ensure proper transceiver operation over temperature, limitations exist on the types of crystals that can be used with this oscillator. Also, the 802.15.4 Standard sets various requirements on the overall stability of the reference oscillator.

Reference Oscillator Crystal Requirements for the MC1319x, MC1320x, and MC1321x

Contents

1Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Oscillator Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2

Abbreviations

Table 1 lists all abbreviations and acronyms used in this document.

3Oscillator Description

The oscillator is a typical inverter type oscillator but with very low bias. The bias is reduced in Doze Mode to reduce current draw, which creates the least favorable conditions for oscillation. The oscillator contains two internal trimmer capacitors for fine-tuning the reference frequency. The capacitor value range is 0 to 5 pF, in 256 steps. The default value is 2.4 pF.

The crystal and two external capacitors (Ct1 and Ct2) should be connected as shown in Figure 1. In most applications, the external capacitors (Ct1 and Ct2) are of equal value. The physical capacitors should be slightly less than the specified load capacitance to compensate for stray PCB capacitance. No bias resistor is required and no other connections should be made to the oscillator. A buffered output is available at CLK0 of the device.

Table 1. Abbreviations and Acronyms

Specification Symbol

Definition

Comments

F o Nominal Frequency

The target frequency for the oscillator.

T A

Operating Temperature Range The temperature range for which the specifications apply.

Initial Frequency Tolerance (crystal)

The frequency tolerance of the crystal, at 25°C and loaded with the nominal load capacitance.

Frequency Stability over Temperature (crystal)

The maximum change in frequency, relative to 25 °C, over the specified temperature range.

R s Crystal Series Resistance Measured at series resonance.ESR

Same as Rs

L m Crystal Motional Inductance C m Crystal Motional Capacitance C o Crystal internal Shunt

Capacitance

C l

Crystal Load Capacitance

The external circuit should present this capacitance to the crystal, to obtain nominal frequency. Tuning the load capacitance is used to fine-tune the oscillator frequency.

Ct1,Ct2 External Loading Capacitors

Ct1 and Ct2 together with layout and transceiver internal capacitance should nominally be equal to Cl.

Figure1. Internal and External Oscillator Configuration Schematic (MC1319x Shown)

NOTE

The value of Ct1 and Ct2 (Figure1) should include stray PCB capacitance.

3.1Crystal Oscillator Design Considerations

The IEEE 802.15.4 Standard requires that several frequency tolerances be kept within ± 40 ppm accuracy. This means that a total offset up to 80 ppm between transmitter and receiver will still result in acceptable performance. The transceivers provide onboard crystal trim capacitors to assist in meeting this performance. The primary determining factor in meeting the 802.15.4 Standard, is the tolerance of the crystal oscillator reference frequency. A number of factors can contribute to this tolerance and a crystal specification will quantify each of them:

1.The initial tolerance, also known as make or cut tolerance, of the crystal resonant frequency itself.

2.The variation of the crystal resonant frequency with temperature.

3.The variation of the crystal resonant frequency with time, also commonly known as aging.

4.The variation of the crystal resonant frequency with load capacitance, also commonly known as

pulling. This is affected by:

a)The external load capacitor values - initial tolerance and variation with temperature.

b)The internal trim capacitor values - initial tolerance and variation with temperature.

c)Stray capacitance on the crystal pin nodes - including stray on-chip capacitance, stray package

capacitance and stray board capacitance; and its initial tolerance and variation with

temperature.

5.Whether or not a frequency trim step will be performed in production

Freescale requires that a 16 MHz crystal with a <9 pF load capacitance is used. The device does not contain a reference divider, so 16 MHz is the only frequency that can be used. A crystal requiring higher load capacitance is prohibited because a higher load on the amplifier circuit may compromise its performance. The crystal manufacturer defines the load capacitance as that total external capacitance seen across the two terminals of the crystal. The oscillator amplifier configuration used in the device requires two balanced load capacitors from each terminal of the crystal to ground. As such, the capacitors are seen to be in series by the crystal, so each must be <18 pF for proper loading.

As shown in Figure2, the external load capacitors are shown as 6.8 pF each, used in conjunction with a crystal that requires an 8 pF load capacitance. The default internal trim capacitor value (2.4 pF) and estimated stray capacitance value (6.8 pF) sums up to 9.2 pF. The total is 9.2 plus 6.8, or 16 pF, which is <18 pF.

The value for the stray capacitance is determined empirically for a specific board layout. A different board layout may require a different external load capacitor values. The on-chip trim capability may be used to determine the closest standard value by adjusting the trim value via the SPI and observing the frequency at CLKO of the device. Each internal trim load capacitor has a trim range of approximately 5 pF in 20 fF steps. Initial tolerance for the internal trim capacitance is approximately ±15%.

Because the device contains on-chip reference frequency trim capability, it is possible during manufacturing test, to trim out virtually all of the initial tolerance factors and put the frequency within 0.12 ppm on a board-by-board basis. Individual trimming of each board in a production environment allows use of the lowest cost crystal, but requires that each board go through a trimming procedure. This step can be avoided by using/specifying a crystal with a tighter stability tolerance, but the crystal will be slightly higher in cost.

A tolerance analysis budget may be created using all the previously stated factors. It is an engineering judgment whether the worst case tolerance will assume that all factors will vary in the same direction or if the various factors can be statistically rationalized using RSS (Root-Sum-Square) analysis. The aging factor is usually specified in ppm/year and the product designer can determine how many years are to be assumed for the product lifetime. Taking all of the factors into account, the product designer can determine the needed specifications for the crystal and external load capacitors to meet the IEEE 802.15.4 Standard.

3.2

Recommended Frequency and Tolerance Parameters (Individual Trimming)

Table 2 shows the recommended values for individual trimming.

NOTE

Each board should be carefully tuned to nominal frequency at 25°C to meet the 802.15.4 Standard.

3.3

Recommended Frequency and Tolerance Parameters (No Trimming)

Table 3 shows the recommended values for no trimming.

NOTE

The external load capacitors should be adjusted, so that a nominal board will be at nominal frequency

Table 2. Individual Trimming

Parameter Value

Unit Comments

Nominal frequency 16.000 MHz Fundamental only Initial tolerance +-20 ppm At 25°C, nominal load

Temperature drift +-30 ppm Over required temperature range Aging 1.st year

+-5 ppm Aging, 2.nd year and forward

+-5

ppm

Pullability +-20 ppm/pF

Table 3. No Trimming

Parameter

Value Unit Comments

Nominal frequency 16.000 MHz Fundamental only Initial tolerance +-10 ppm At 25°C, nominal load

Temperature drift +-20 ppm Over required temperature range Aging 1.st year

+-2 ppm Aging, 2.nd year and forward

+-2

ppm

3.4Crystal ESR (Rs) Requirements

Based on worst-case simulations over temperature and process spread, the following requirements on crystal ESR, as a function of load and shunt capacitance, apply. If Doze Mode is not used, more relaxed crystal specifications apply.

Figure3. Maximum Allowed Crystal ESR (Doze Mode)

Figure4. Maximum Allowed Crystal ESR (Active Mode)

Freescale recommends a load capacitance in the range of 5 to 9 pF. The lower end of this range allows for relaxed ESR specifications and higher pullability, which is recommended for board-by board trimming.

The higher end of this range allows for less sensitivity to load capacitance spread, which is recommended for a non-trimmed solution, but the ESR requirements are tighter.

3.5Design Optimization

As layout capacitance varies, depending on layout and board thickness, the external capacitors Ct1 and Ct2

should be optimized for a particular layout. Freescale recommends that the crystals Ct1 and Ct2 are placed as close to the device as possible. Perform optimization on several boards and preferably with several batches of crystals. Freescale recommends 2 times C L - 7 pF as an initial value for Ct1 and Ct2.For a design that will be trimmed on an individual basis, ensure that the tuning range is symmetrical around the nominal frequency. Change Ct1 and Ct2 as required. For example, a lower capacitor value means a higher frequency. The tuning range should be somewhat larger than initial tolerance of the crystal.For a non-trim design, adjust Ct1 and Ct2 so that the oscillator frequency of the unit is as close to nominal as possible and the spread is symmetrical around the nominal. If required, the default internal capacitor value can be changed to center a particular design.

3.6Suggested Crystals

Three suggested crystal types are shown in Table 5, Table 6, and Table 7. These variations are given because the crystals have different trade-offs between cost and usage.

Table 4. Typical Parameters

Parameter Value Unit Remarks

Load capacitance 6 pF Includes Ct1 and Ct2 devices and PCB capacitance. Shunt capacitance <2 pF

Series resistance <43 Ohm Doze mode possible Series resistance

<78

Ohm

Doze mode not possible.

Table 5. Daishinku KDS - DSX321G ZD00882 Crystal Specifications 1,2

1

With this crystal, the oscillator frequency requires trimming in production.

Parameter

Value Unit Condition

Type DSX321G

surface mount

Frequency

16MHz Frequency tolerance ± 20ppm at 25 °C ± 3 °C Equivalent series resistance 100?max

Temperature drift ± 20ppm -10 °C to +60 °C

Load capacitance 8.0pF Drive level 10μW ± 2 μW Shunt capacitance 2

pF

max Mode of oscillation

fundamental

2This crystal is not recommended for applications that employ Doze mode over the entire temperature range.

Table6. Toyocom TSX-10A 16MHZ TN4-26139 Crystal Specifications1,2,3 Parameter Value Unit Condition

Type TSX-10A surface mount

Frequency16MHz

Frequency tolerance± 10ppm at 25 °C ± 3 °C

Equivalent series resistance40?max

Temperature drift± 16ppm-40 °C to +85 °C

Load capacitance9pF

Drive level100μW max

Shunt capacitance 1.2pF typical

Mode of oscillation fundamental

1With this crystal oscillator frequency trimming is NOT required in production.

2This crystal not recommended for applications that employ Doze mode over the entire temperature range. 3This vendor requires a 10K minimum order.

Table7. NDK EXS00A-03311 Crystal Specifications1,2

Parameter Value Unit Condition

Type NX3225surface mount

Frequency16MHz

Frequency tolerance± 10ppm at 25 °C ± 3 °C

Equivalent series resistance80?max (42 typ)

Temperature drift± 15ppm-40 °C to +85 °C

Load capacitance7.2pF

Drive level100μW max

Shunt capacitance0.8pF typical

Mode of oscillation fundamental

1With this crystal oscillator frequency trimming is NOT required in production.

2This crystal recommended for applications that employ Doze mode.

NOTE

Crystal suppliers frequently specify the crystal package separately from the

desired crystal parameters. Care should be taken that desired crystal

specifications can be obtained in the desired package.

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晶振基础知识

晶振基础知识(第一版) 摘要:本文简单介绍了晶体谐振器和晶体振荡器的结构,工作原理,振荡器电路的分类,晶体振荡器的分类,晶振类器件的主要参数指标和石英晶体基本生产工艺流程。 一、振荡电路的定义,构成和工作原理 (2) 二. 晶体振荡器分类: (16) 三、石英晶体谐振器主要参数指标 (19) 四、石英晶体振荡器主要参数指标 (20) 五.石英晶体基本生产工艺流程 (26)

一、振荡电路的定义,构成和工作原理 1. 振荡器:不需外加输入信号,便能自行产生输出信号的电路,通常也被成为。 2. 振荡器构成:谐振器(选频或滤波)+驱动(谐振)电路构成振荡器电路。 3. 谐振器的种类有:RC 谐振器,LC 并联谐振器,陶瓷谐振器,石英(晶体)谐振器,原子谐振器,MEMS (硅)振荡器。本文只讨论石英晶体谐振器。 石英谐振器的结构 石英谐振器,它由石英晶片、电极、支架和外壳等部分组成。它的性能与晶片的切割方式、尺寸、电极的设置装架形式,以及加工工艺等有关。其中,晶片的切割问题是设计时首先要考虑的关键问题。由于石英晶体不是在任何方向都具有单一的振动模式(即单频性)和零温度系数,因此只有沿某些方向切下来的晶片才能满足设计要求。 Mounting clips Top view of cover Resonator

普通晶振内部结构 石英晶体振荡器主要由基座、晶片、IC 及外围电路、陶瓷基板(DIP OSC )、上盖组成。 普通晶体振荡器原理图 胶点 基座 晶片 Bonding 线 IC

4. 振荡电路的振荡条件: (1)振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅值。根据振幅平衡条件,可以确定振荡幅度的大小并研究振幅的稳定。 (2)相位平衡条件是反馈电压与输入电压同相,即正反馈。根据相位平衡条件可以确定振荡器的工作频率和频率的稳定。 (3)振荡幅度的稳定是由器件非线性保证的,所以振荡器是非线性电路。 (4)振荡频率的稳定是由相频特性斜率为负的网络来保证的。 (5)振荡器的组成必须包含有放大器和反馈网络,它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能。(6)利用自偏置保证振荡器能自行起振,并使放大器由甲类工作状态转换成丙类工作状态。

晶振FM发射电路

晶振FM发射电路 此晶振FM发射电路经过一晚上的折腾将音质差音量小的问题显著改善,特将成果分享给爱玩的你,此电路工作非常稳定、手怎么摸电路板怎么移动电路板都不会飘频,不要和电容三点式振荡电路混为一谈 晶振找了20多个只有26.601712Mhz这个晶振音质做好、频率落在收音机的106.4频段上,变容二极管2个串联、1~5uh电感用色环电感,大家做的时候10k和两个5.1k电阻不要偏差太大、会影响音量和音质的、供电电压低于10V音质会变差,所以说供电不要低于12V。变容二极管可用V06G整流二极管代替 自我感觉经此发射电路发射出去的信号收音机接收后高音清晰低音浑厚、接收音量也已经做到可以让自己接受的量度了 最新电路图做了如下改动,将石英晶振改为陶瓷晶振、增加了一个47K电阻、减少了1个变容二极管、供电电压由12V降低为4.2V 可正常工作不影响音质。其它无改动

频率很稳定的FM发射电路图 许多无线电爱好者都希望制作一台调频发射器,特别是在87~108MHz的调频波段,可利用现成的FM收音机来接收,因而受到大家的青睐。 在许多刊物中都介绍有调频发射器的实例,但大多数采用电容三点式电路和克拉泼振荡电路。这种电路虽简单,但它的频率稳定度不高,特别是在业余条件下,稍微动动电路板或天线位置,频率就改变了。在此笔者介绍一款用晶振稳频的调频发射器。 如图1所示,由V1及相关阻容元件组成一级音频放大电路,为调制级提供足够强度的音频信号。D1是变容二极管,其等效电容量随着两极所加的反向电压变化而变化,从而使晶振及外围电路组成的振荡器中心频率随之变化,达到调频目的。振荡器输出的信号经V3倍频、放大,再由调谐变压器完成匹配与滤波后输出。 该电路用了调谐变压器,因而在制作完后要调整其磁心,使之匹配。其方法是制作一个简易场强电路(如图2所示),接至变压器的输出端,调整磁心,直到电流表指示值最大为止。电路中所用元器件尽量使用高频特性好的元器件。晶振选用标称值为29~36MHz之间的晶振,D1可用MV2105,变压器需自制,可选用电视中周作骨架,去掉屏蔽罩,用∮0.2mm左右的漆包线在骨架上初级绕3匝,次级绕1匝。天线可用1/4波长的软导线代用。 成本低于10元的FM发射器 目前市场上具备FM发射功能的MP3备受消费者关注。这种功能看起来挺新奇,也可以为MP3播放器增加卖点,其实实现起来并不难。我们也可以自己动手做一个小型的FM发射机。在这里介绍一种新型发射机,该机制作简便、音质优良,适合高保真无线音响之用。

滤波电容的选择

滤波电容起平滑电压的作用;容值大小与输入桥式整流的输入电压无关;一般是越大越好。但要明白它取值的原理:滤波电容的取值与后级电路的突变电流有关。 打个比方:电容就好比一个水桶,输入往这个水桶中倒水,输出(后级电路)从这个水桶中抽水。如果恒定的抽水,只要倒入的水量大于抽水量,那么水桶将永远是满的,所以这个水桶可以不需要(当然这是理想情况)。假如某时刻需要抽出大量的水,大于输入的量,你会怎么办? 你可以准备一个较大的水桶,在这个时刻到来之前,将这个水桶的水灌满;等到了抽水的时刻,水桶中已经有足够的水抽取,就不会出现缺水的情况。 滤波电容就好比这个较大的水桶! 至于它的具体值,你将后级电路的突变电流与电容充、放电系数联系起来考虑,相信你能领悟出合适的计算方法。 滤波电容的作用和大小是怎样的? 一般情况下,电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号,但即使是低频信号,其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用,电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂 滤波电容在电路中作用 滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。 去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。 旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。 容的容抗为1/ωC欧姆(类似电阻,如果是非电类大学以上学历就把它当作电容器的电阻看吧),ω为角频率,ω=2πf,f为频率。容抗与自身容量C和频率ω(或者说f)有关,当C一定时,频率越高,容抗越小,对电流的阻碍作用就越小;频率越低,容抗越大。……人们所说的“电容通高频阻低频,通交流阻直流”是在不同情况下说的,也可以说是在不同容量C的情况下说的,都是正确的。 到此就不必再多说了吧,分析1/ωC就行了。 电路中的电容滤波问题解析

压控晶振原理

压控晶振原理 压控晶体振荡器简介 压控晶体振荡器全称:电压控制晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator),是一种与晶体谐振器串联插入变容二极管,根据外部加入的电压使二极管的容量发生变化,来达到输出频率可根据晶体谐振器的负载电容特性变化的晶体振荡器。 VCXO主要由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成,其工作原理是通过控制电压来改变变容二极管的电容,从而“牵引”石英谐振器的频率,以达到频率调制的目的。VCXO大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的。 石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子(即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等,共同决定振荡器的性能。压控晶体振荡器具有以下特点: (1)低抖动或低相位噪声:由于电路结构、电源噪声以及地噪声等因素的影响,VCO的输出信号并不是一个理想的方波或正弦波,其输出信号存在一定的抖动,转换成频域后可以看出信号中心频率附近也会有较大的能量分布,即是所谓的相位噪声。VCO输出信号的抖动直接影响其他电路的设计,通常希望VCXO的抖动越小越好。 (2)宽调频范围:VCO的调节范围直接影响着整个系统的频率调节范围,通常随着工艺偏差、温度以及电源电压的变化,VCXO的锁定范围也会随着变化,因此要求VCXO有足够宽的调节范围来保证VCXO的输出频率能够满足设计的要求。 (3)稳定的增益:VCO的电压——频率非线性是产生噪声的主要原因之一,同时,这种非线性也会给电路设计带来不确定性,变化的VCXO增益会影响环路参数,从而影响环路的稳定性。因此希望VCXO的增益变化越小越好。 1.频率大小:频率越高一般价格越高。但频率越高,频差越大,从综合角度考虑,一般工程师会选用频率低但稳定的晶振,自己做倍频电路。总之频率的选择是根据需要选择,并不是频率越大就越好。要看具体需求。比如基站中一般用10MHz的恒温晶振(OCXO),因其有很

晶振基础知识

1、晶体元件参数 1.1等效电路 作为一个电气元件,晶体是由一选定的晶片,连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成。 晶体谐振器的等效电路图见图1。 等效电路由动态参数L 1、C 1、R 1和并电容C 0组成。这些参数之间都是有联系的,一个参数变化时可能会引起其他参数变化。而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。 下面的两个等式是工程上常用的近似式: 角频率ω=1/11C L 品质因数Q=ωL 1/R 1 其中 L1为等效动电感,单位mH C1为等效电容,也叫动态电容,单位fF R1为等效电阻,一般叫谐振电阻,单位Ω 图2、图3、图4给出了各种频率范围和各种切型实现参数L 1、C 1、R 1的范围。 图2常用切型晶体的电感范围 图3 常用切型的电容范围 对谐振电阻来说,供应商对同一型号的任何一批中可以有3:1的差别,批和批之间的差别可能会更大。对于一给定的频率,采用的晶体盒越小,则R 1和L 1的平均值可能越高。

1.2 晶体元件的频率, 晶体元件的频率通常与晶体盒 尺寸和振动模式有关。一般晶体尺 寸越小可获得的最低频率越高。晶 体盒的尺寸确定了所容纳的振子的 最大尺寸,在选择产品时应充分考 虑可实现的可能性,超出这个可能 范围,成本会急剧增加或成为不可 能,当频率接近晶体盒下限时,应与 供应商沟通。下表是不同晶体盒可 实现的频率范围。 图4 充有一个大气压力气体 (90%氮、10%氦) 的气密晶体元件的频率、切型和电阻范围 1.3 频差 规定工作温度范围及频率允许偏差。 电路设计人员可能只规定室温频差,但对于在整个工作温度范围内要求给定频差的应 用,除了给定室温下的频差还应给出整个工作温度范围内的频差。给定这个频差时,应充分 考虑设备引起温升的容限。 通常有两种方法规定整个工作温度范围的频差。 1)规定总频差 如从-10℃—+85℃,总频差为±50×10-6,通常这种方法一般用于具有较宽频差而不采

晶振的作用与原理以及负载电容

晶振的作用与原理 每个单片机系统里都有晶振,全程是叫晶体震荡器,在单片机系统里晶振的作用非常大,他结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。 晶振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)。 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。 下面我就具体的介绍一下晶振的作用以及原理,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。通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。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。 微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的时钟源,如晶振、陶瓷谐振槽路;RC(电阻、电容)振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置,适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。 用万用表测量晶体振荡器是否工作的方法:测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半,比如工作电压是51单片机的+5V则是否

石英晶振设计电路,Oscillation Circuit Design Overview

Oscillation Circuit Design Overview Oscillation Circuit Design Key Parameters DRIVE LEVEL (DL), OSCILLATION FREQUENCY AND LOAD CAPACITANCE (CL), OSCILLATION ALLOWANCE, FREQUENCY-TEMPERATURE CURVE DRIVE LEVEL (DL) The drive level of a crystal unit is shown by the level of the operating power or the current consumption (see Figures 9,10, and 11). Operating the crystal unit at an excessive power level will result in the degradation of its characteristics, which may cause frequency instability or physical failure of the crystal chip. Design your circuit within absolute maximum drive level. OSCILLATION FREQUENCY AND LOAD CAPACITANCE (CL) The load capacitance (CL) is a parameter for determining the frequency of the oscillation circuit. The CL is represented by an effective equivalent capacitance that is loaded from the oscillation circuit to both ends of the crystal unit (see Figure 12). The oscillation frequency varies depending upon the load capacitance of the oscillation circuit. In order to obtain the desirable frequency accuracy, matching between the load capacitances of the oscillation circuit and the crystal unit is required. For the use of the crystal unit, match the load capacitances of the oscillation circuit with the load capacitances of the crystal

详细解析电源滤波电容的选取与计算

电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波,是直接储存脉动电压来平滑输出电压,输出电压高,接近交流电压峰值;适用于小电流,电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波,是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流,输出电压低,低于交流电压有效值;适用于大电流,电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下,电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号,但即使是低频信号,其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用,电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小,平时做设计,前级用4.7u,用于滤低频,二级用0.1u,用于滤高频,4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰,0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好,两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波,开关电源,要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大,而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌,机理就好比大水库防洪能力更强一样;小电容滤高频干扰,任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路,也就有了自谐振,只有在这个自谐振频率上,等效电阻最小,所以滤波最好! 电容的等效模型为一电感L,一电阻R和电容C的串联, 电感L为电容引线所至,电阻R代表电容的有功功率损耗,电容C. 因而可等效为串联LC回路求其谐振频率,串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC).,串联LC回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻,所以中心频率处起到滤波效果.引线电感的大小因其粗细长短而不同,接地电容的电感一般是1MM为10nH左右,取决于需要接地的频率。 采用电容滤波设计需要考虑参数: ESR ESL 耐压值 谐振频率

晶振作用详细介绍

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电路中的晶振有什么作用? 电路中的晶振即石英晶体震荡器。 由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力,所以,石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。 石英晶体震荡器的应用范围是非常广的,它质量等级、频率精度也是差别很大的。通讯系统用的信号发生器的信号源(震荡源),绝大部分也用的是石英晶体震荡器。 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。 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)。

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。 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。 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

单片机最小系统原理图

单片机最小系统 单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的 系统. 对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路. 下面给出一个51单片机的最小系统电路图. 说明

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让R C组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍. 晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作) 单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机 特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的. 复位电路: 一、复位电路的用途 单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 单片机复位电路如下图:

二、复位电路的工作原理 在书本上有介绍,51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现,那这个过程是如何实现的呢? 在单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。 开机的时候为什么为复位 在电路图中,电容的的大小是10uF,电阻的大小是10k。所以根据公式,可以算出电容充

PCB制版中电容的选择技巧

PCB制版中电容的选择技巧 印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时.操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ,C取2.2~4.7μF,一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还 可以起到稳压的作用。 滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率,可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件,根据具体的需要选择。至于个数就不一定了,看你的具体需要了,多加一两个也挺好的,暂时没用的可以先不贴,根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话,加两个电容就可以了,一个虑除纹波,一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流,建议再加一个比较大的钽电容。 其实滤波应该也包含两个方面,也就是各位所说的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。原理我就不说了,实用点的,一般数字电路去耦0.1uF即可,用于10M 以下;20M以上用1到10个uF,去除高频噪声好些,大概按C=1/f。旁路一般就比较的小了,一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF。

说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其实无论如何称呼,它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来:Xcap=1/2лfC,工作频率越高,电容值越大则电容的阻抗越小.。在电路中,如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路,就称为旁路电容;如果主要是为了增加电源和地的交流耦合,减少交流信号对电源的影响,就可以称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电压,电容器还可作为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的作用是多方面的,我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里,我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容. 电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好。 但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略) 这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2 在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性。因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。 这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。 至于到底用多大的电容,这是一个参考

晶振电路原理介绍

晶体振荡器,简称晶振。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容,请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ,如果再考虑元件引脚的等效输入电容,则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振(谐振)的英文名称不同,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。 谐振振荡器包括石英(或其晶体材料)晶体谐振器,陶瓷谐振器,LC谐振器等。

晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。 石英晶片所以能做振荡电路(谐振)是基于它的压电效应,从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产生机械变形;反之,若在极板间施加机械力,又会在相应的方向上产生电场,这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压,就会产生机械变形振动,同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说,这种机械振动的振幅是比较小的,其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(决定于晶片的尺寸)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为压电谐振,因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。 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来共同作用来工作的。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为: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,也是各商家竞争的一个重要参数。 概述 微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的时钟源,如晶振、陶瓷谐振槽路;基于相移电路的时钟源,如:RC (电阻、电容)振荡器。硅振荡器通常是完全集成的RC振荡器,为了提高稳定性,包含有时钟源、匹配电阻和电容、温度补偿等。图1给出了两种时钟源。图1给出了两个分立的振荡器电路,其中图1a为皮尔斯振荡器配置,用于机械式谐振器件,如晶振和陶瓷谐振槽路。图1b为简单的RC反馈振荡器。 机械式谐振器与RC振荡器的主要区别 基于晶振与陶瓷谐振槽路(机械式)的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温 度系数。相对而言,RC振荡器能够快速启动,成本也比较低,但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差,会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。图1所示的电路能产生可靠的时钟信号,但其性能受环境条件和电路元件选择以及振荡器电路布局的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时,陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感,但在过驱动时很容易产生频率漂移(甚至可能损坏)。影响振荡器工作的环境因素有:电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化,增加不稳定性,并且在有些情况下,还会造成振荡器停振。 振荡器模块 上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波

晶振基础知识

晶振基础知识

晶振基础知识(第一版) 摘要:本文简单介绍了晶体谐振器和晶体振荡器的结构,工作原理,振荡器电路的分类,晶体振荡器的分类,晶振类器件的主要参数指标和石英晶体基本生产工艺流程。 一、振荡电路的定义,构成和工作原理 (3) 二. 晶体振荡器分类: (23) 三、石英晶体谐振器主要参数指标 (27) 四、石英晶体振荡器主要参数指标 (30) 五.石英晶体基本生产工艺流程 (43)

一、振荡电路的定义,构成和工作原理 1. 振荡器:不需外加输入信号,便能自行产生输出信号的电路,通常也被成为。 2. 振荡器构成:谐振器(选频或滤波)+驱动(谐振)电路构成振荡器电路。 3. 谐振器的种类有:RC谐振器,LC并联谐振器,陶瓷谐振器,石英(晶体)谐振器,原子谐振器,MEMS(硅)振荡器。本文只讨论石英晶体谐振器。石英谐振器的结构 石英谐振器,它由石英晶片、电极、支架和外壳等部分组成。它的性能与晶片的切割方式、尺寸、电极的设置装架形式,以及加工工艺等有关。其中,晶片的切割问题是设计时首先要考虑的关键问题。由于石英晶体不是在任何方向都具有单一的振动模式(即单频性)和零温度系数,因此只有沿某些方向切下来的晶片才能满足设计要求。

普通晶振内部结构 Base Mounting clips Bonding area Electrodes Quartz blank Cover Seal Pins Top view of cover Metallic electrodes Resonator plate substrate (the “blank”)

有源晶振电路及工作原理简述

有源晶振电路及工作原理简述 有源晶振是由石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用,是基于它的压电效应:在晶片的两个极上加一电场,会使晶体产生机械变形;在石英晶片上加上交变电压,晶体就会产生机械振动,同时机械变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压极其微弱,但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为“压电谐振”。 压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。图3是一个串联型振荡器,晶体管T1和T2构成的两级放大器,石英晶体XT与电容C2构成LC电路。在这个电路中,石英晶体相当于一个电感,C2为可变电容器,调节其容量即可使电路进入谐振状态。该振荡器供电电压为5V,输出波形为方波。 有源晶振引脚排列: 有源晶振引脚识别,实物图如上图(b)所示. 有个点标记的为1脚,按逆时针(管脚向下)分别为2、3、4。 方形有源晶振引脚分布: 1、正方的,使用DIP-8封装,打点的是1脚。 1-NC;4-GND;5-Output;8-VCC 2、长方的,使用DIP-14封装,打点的是1脚。 1-NC;7-GND;8-Output;14-VCC

注:有源晶振型号众多,而且每一种型号的引脚定义都有所不同,接法也有所不同,上述介绍仅供参考,实际使用中要确认其管脚列方式. 有源晶振通常的接法: 一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。 有源晶振与无源晶振的联系与区别 无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。无源晶振是有2个引脚的无极性元件,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;有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。 石英晶体振荡器的频率稳定度可达10^-9/日,甚至10^-11。例如10MHz的振荡器,频率在一日之内的变化一般不大于0.1Hz。因此,完全可以将晶体振荡器视为恒定的基准频率源(石英表、电子表中都是利用石英晶体来做计时的基准频率)。从PC诞生至现在,主板上一直都使用一颗14.318MHz的石英晶体振荡器作为基准频率源。 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。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高。 下图为晶体及晶振实特图,左边两个是晶振,右边14.38MHz的为晶体.

电容器在电路中的作用(很全)

电容器的基本特性是“通交流、隔直流”。所以在电路中可用作耦合、滤波、旁路、去耦…… 。电容器的容抗是随频率增高而下降;电感的感抗是随频率增高而增大。所以在电容、电感的串联或并联电路中,总会有一个频率下容抗与感抗的数值相等,这时就产生谐振现象。所以电容与电感可以用来制作滤波器(低通、高通、带通)、陷波器、均衡器等。用在振荡电路中,制作LC、RC振荡电路。滤波电容并接在整流后的电源上,用于补平脉冲直流的波形。 耦合电容连接在交流放大电路级与级之间作信号通路,因为放大电路的输入端和输出端都有直流工作点,采用电容耦合可隔断直流通过工作点,耦合电容其实就是起隔直作用,所以也叫隔直电容; 旁路电容作用与滤波电容相似,但旁路电容不是接在电源上,而是接在电子电路的某一工作点,用于滤去谐振或干扰产生的杂波; 滤波电容、感性负载供电线路上的补偿电容、LC谐振电路上的电容都是起储能作用。 如何选择电路中的电容 通常音频电路中包括滤波、耦合、旁路、分频等电容,如何在电路中更有效地选择使用各种不同类型的电容器对音响音质的改善具有较大的影响。1.滤波电容整流后由于滤波用的电容器容量较大,故必须使用电解电容。滤波电容用于功率放大器时,其值应为10000μF以上,用于前置放大器时,容量为1000μF左右即可。当电源滤波电路直接供给放大器工作时,其容量越大音质越好。但大容量的电容将使阻抗从10KHz附近开始上升。这时应采取几个稍小电通常音频电路中包括滤波、耦合、旁路、分频等电容,如何在电路中更有效地选择使用 各种不同类型的电容器对音响音质的改善具有较大的影响。 1.滤波电容 整流后由于滤波用的电容器容量较大,故必须使用电解电容。滤波电容用于功率放大器 时,其值应为10000μF 以上,用于前置放大器时,容量为1000μF 左右即可。 当电源滤波电路直接供给放大器工作时,其容量越大音质越好。但大容量的电容将使阻 抗从10KHz 附近开始上升。这时应采取几个稍小电容并联成大电容同时也应并联几个薄 膜电容,在大电容旁以抑制高频阻抗的上升,如下图所示。 图 1 滤波电路的并联 2.耦合电容 耦合电容的容量一般在0.1μF~ 1μF 之间,以使用云母、丙烯、陶瓷等损耗较小的 电容音质效果较好。 3.前置放大器、分频器等 前置放大器、音频控制器、分频器上使用的电容,其容量在100pF~0.1μF 之间,而扬 声器分频LC 网络一般采用1μF~ 数10μF 之间容量较大的电容,目前高档分频器中采 用CBB电容居多。 小容量时宜采用云母,苯乙烯电容。而LC 网络使用的电容,容量较大,应使用金属化 塑料薄膜或无极性电解电容器,其中无机性电解电容如采用非蚀刻式,则更能获取极佳 音质。 电容的基础知识 —————————————— 一、电容的分类和作用 电容(Ele ct ric ca pa ci ty),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。由于绝缘材料的不同,所构成的电容器的种类也有所不同: 按结构可分为:固定电容,可变电容,微调电容。 按介质材料可分为:气体介质电容,液体介质电容,无机固体介质电容,有机固体介质电容电解电容。 按极性分为:有极性电容和无极性电容。我们最常见到的就是电解电容。 电容在电路中具有隔断直流电,通过交流电的作用,因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐 二、电容的符号

晶振的工作原理

晶振的工作原理 一、什么是晶振? 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。 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)。 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。 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。

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、晶振的使用 晶振,在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容

晶振选型与应用知识

石英晶振选型与应用知识 石英晶体是压电晶体的一种,沿着特定的方向挤压或拉伸,它的两端会产生正负电荷,这种效应称为正压电效应;相反,对晶体施加电场导致晶体形变的效应,称为逆压电效应。所以在石英晶片两面施加交变电场,晶片就会产生形变,而形变又会产生电场,这是一个周期转换的过程。对于特定的晶片,这个周期是固定的,我们利用这个周期来产生稳定的基准时钟信号。 石英晶体元器件,是利用石英晶体的压电效应实现频率控制、稳定或选择的关键电子元器件。包括石英晶体谐振器、石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。在石英晶片的两面镀上电极,经过装架、调频、封装等工序后制成石英晶体元件。石英晶体元件与集成电路等其它电子元件组合成石英晶体器件。本文主要介绍石英晶振:即所谓石英晶体谐振器(无源晶振)和石英晶体振荡器(有源晶振)的统称。一般的概念中把晶振就等同于谐振器理解了,振荡器就是通常所指钟振。石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件,已被广泛地使用在无线电话、载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表等各种电子设备中. 一、石英晶振的型号命名方法 1.国产石英晶体谐振器的型号由三部分组成: –第一部分:表示外壳形状和材料, B表示玻璃壳,J表示金属壳,S表示塑料封型; –第二部分:表示晶片切型,与切型符号的第一个字母相同, A表示AT切型、B表示BT切型, –第三部分:表示主要性能及外形尺寸等, 一般用数字表示,也有最后再加英文字母的。 JA5为金属壳AT切型晶振元件,BA3为玻壳AT切型晶振元件。 2石英晶体振荡器的型号命名有四部分组成: .

–第一部分:主称 用大写字母Z表示石英晶体振荡器; –第二部:类别 用大写字母表示,其意义见下表: –第三部分:频率稳定度等级 用大写字母表示,其意义见下表: –第四部分:序号 用数字表示,以示产品结构性能参数的区别

电源设计中的电容选用规则

电源设计中的电容选用规则 电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。作为一款优秀的设计,电源设计应当是很重要的,它很大程度影响了整个系统的性能和成本。电源设计中的电容使用,往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。 一、电源设计中电容的工作原理 在电源设计应用中,电容主要用于滤波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。根据观察某一随机过程的结果,对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。滤波一词起源于通信理论,它是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。“接收信号”相当于被观测的随机过程,“有用信号”相当于被估计的随机过程。 滤波主要指滤除外来噪声,而退耦/旁路(一种,以旁路的形式达到退耦效果,以后用“退耦”代替)是减小局部电路对外的噪声干扰。很多人容易把两者搞混。下面我们看一个电路结构: 图中电源为A和B供电。电流经C1后再经过一段PCB走线分开两路分别供给A和B。当A 在某一瞬间需要一个很大的电流时,如果没有C2和C3,那么会因为线路电感的原因A端的电压会变低,而B端电压同样受A端电压影响而降低,于是局部电路A的电流变化引起了局部电路B 的电源电压,从而对B电路的信号产生影响。同样,B的电流变化也会对A形成干扰。这就是“共路耦合干扰”。 增加了C2后,局部电路再需要一个瞬间的大电流的时候,电容C2可以为A暂时提供电流,即使共路部分电感存在,A端电压不会下降太多。对B的影响也会减小很多。于是通过电流旁路起到了退耦的作用。 一般滤波主要使用大容量电容,对速度要求不是很快,但对电容值要求较大。如果图中的局部电路A是指一个芯片的话,而且电容尽可能靠近芯片的电源引脚。而如果“局部电路A”是指一个功能模块的话,可以使用瓷片电容,如果容量不够也可以使用钽电容或铝电解电容(前提是功能模块中各芯片都有了退耦电容—瓷片电容)。 滤波电容的容量往往都可以从电源芯片的数据手册里找到计算公式。如果滤波电路同时使用电解电容、钽电容和瓷片电容的话,把电解电容放的离开关电源最近,这样能保护钽电容。瓷片电容放在钽电容后面。这样可以获得最好的滤波效果。

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