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有源晶振电路 一文看懂!有源晶振的输出电路
发布时间 : 2024-10-06
作者 : 小编
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一文看懂!有源晶振的输出电路

近年来厂商对于有晶振的需求量加大,如今已成为频率元件市场上的主流产品,常见的封装尺寸有7050mm、5032mm,3225mm、2520mm和2016mm的贴片晶振。

有源晶振是一种比较高端的石英晶振,本身自带电压不需要外部接电源,具有高稳定性,低功耗,低相位抖动,低电压等高级特性。

有源晶振的输

电大、整形,得到图4所要求的某种标准输出,驱动负载或后级门电路。这里,还经常路作用是对OSC晶振振荡获得的正弦信号进行缓冲、放用到逻辑电平转换电路和分频、倍频电路。

输出正弦波的电平VPp、VRMs或dBm表IBm的算式如下

必要时,还须注上谐波抑制比。

方波或矩形波输出电平应注明TT、CMoS、HCMOS还是ECL,要不要直流。并且,表示出占空比、上升时同、下降时间、上冲等脉冲波形其它参数。标准输出负载为50g2、1kg2、10k2/10PF或用驱动几个门电路表示,如驱动2个门,5个门电路有源晶振的噪声系数有特殊要求时,振荡、放大电路及电源要严格设计。如主振选用低噪声管、低噪声压控电压并使振荡在低电压工作,各级电路必须匹配以保证无反射、辐射。晶体振荡器的分类根据振荡电路调频、稳频方法将有源晶振分为以下5种

①简式晶振PXO( Packaged x-tal osillator)

②压控晶振VCⅹO( Voltage Controlled xtal os dilator)

③温补晶振TCXO( Temperature Compensated x-tal Osillator)

④恒温晶振OCXO( Oven Controlled Xtal Osillator)

⑤组合晶振VCXO、VC-TCⅹO、VC-OCXO

有源晶振常用标频(MHz包括倍频/分频)

贴片有源晶振专业术语:标称频率,工作温度范围,温度变化的频率稳定度,负载变化的频率稳定度,电源电压变化的频率稳定度,短期频率稳定度,日老化率,年老化率,控制电压,控制线性,调整误差,牵引范围或牵引灵敏度,起动电流,稳态电流,相位噪声,电源等。

有源晶振应选用稳压性能好,温度漂移小的直流电源。输入电压变化±5%或±10%时,输出电压变化在10~100ppm/℃挑选。常用电源电压为1.8V、2.5V、3.3V或5V等。

有源晶振及其接法

在电子学上,通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”(如有源音箱、有源滤波器等),而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。电脑中的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。主板上除了这颗14.318MHz的晶振,还能找到一颗频率为32.768MHz的晶振,它被用于实时时钟(RTC)电路中,显示精确的时间和日期

晶振分有源晶振和无源晶振,根据有源晶振(晶体振荡器)的功能和实现技术的不同,可以分为以下四类:

1、温度补偿晶体振荡器(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。

特点:用热敏补偿网络来提高石英晶体的温度特性指标,可满足较宽温度范围的需要;频率范围:1~40 MHz;频率稳定度:5&TImes;10-6~5&TImes;10-7。

2、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,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。

特点:直接反映所用石英晶体的性能;可工作频率范围通常为1KHz~250 MHz;频率稳定度为10-4~10-5;一般用于本振源或中间信号。

3、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。

特点:频率可随外加调制电压而改变;频率范围:1~250MHz;频率稳定度:普通晶振压控为≤(1~2)&TImes;10-3fo/n2,高稳晶振可微调10-7。频率微调或锁相同步。

4、压控温补振荡器(VC-TCXO)

很好理解,就是结合压控和温补这两项功能。

目前这几种晶体振荡器主要还是进口为主,而日本KDS是全球三家最大的生产商之一,KDS即是日本大真空株式会社(DASHINKU CORP),成立于1951年,至今已有50多年的历史。是全球领先的三大晶振制造商之一。其制造工场主要分布在日本本土、中国大陆、中国台湾、泰国、印度尼西亚等十个制造中心。其中天津工场是全球晶振行业最大的单体制造工厂。也是全球最大的TF型(主要是32.768KHz)晶振制造工厂。

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

BTW:

1、电源有两种,一种是TTL,只能用5V,一种是HC的,可以3.3V/5V

2、边沿有一个是尖角,三个圆角,尖角的是一脚,和打点一致。

Vcc out

NC(点) GND

有源晶振为四角方形或矩形金属盒子,看着标称一面(顶),左下空脚,右下地,左上VCC(5V),右上输出。接上电源可以用示波器看到波形。

有源晶振型号纵多,而且每一种型号的引脚定义都有所不同,接发也不同,下面我介绍一下有源晶振引脚识别,以方便大家

有个点标记的为1脚,按逆时针(管脚向下)分别为2、3、4。

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。

有源晶振不需要处理器的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(有源晶振的VCC端不要直接接VCC,要做好电源滤波,典型的接法J 使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络如下图所示:

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。

有源晶振是右石英晶体组成的,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

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