影響晶振壽命的條件因素有哪些
一個完整的晶體參數包括頻率,精度,負載電容,型號,溫度等,而一個完整的晶振參數包括頻率,精度,負載電容,型號,溫度,電壓等。晶體是一種無源器件,而晶振是一種有源器件,的講,我們可以稱之為石英振蕩器,或者是溫補振蕩器,壓控振蕩器等。兩者均屬于頻率元器件,因此頻率這項參數,我們不難理解。晶振的精度即是指晶振的誤差大小,通常我們所聽到的“我希望我的產品在5年時間偏差不超過5分鐘”,意思就是對晶振的精度要求。溫度則是包括了晶體和晶振的儲存溫度和工作溫度。型號毋庸置疑,一個型號可以讓我們準備的判斷出晶振的品牌信息,規格信息等。負載電容是指在電路中跨接晶體兩端的外界有效電容,是晶振正常震蕩所需要的電容,一般外接電容,是為了使晶振兩端的等效電容等于或者接近負載電容。
晶振除了清楚自身的負載電容外,還需要掌握外接電容的大小。晶振的負載電容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,Cic(集成電路內部電容)+△C(PCB上電容).就是說負載電容15pf的話,兩邊個接27pf的差不多了,一般a為6.5~13.5pF
有關于晶振的匹配電容主要作用就是對晶體和震蕩電路的補償和匹配,讓電路容易起振并處于合理的激勵狀態下,同時對震蕩頻率也有一定的“微調”作用。晶振的過激貨欠激雖然可工作,但前者容易讓晶振老化,影響使用壽命,并導致振蕩電路的EMC特性變劣。而后者則導致晶振不容易起振,穩定度較難掌握,所以電容量的大小會輕微影響震蕩頻率的高低。
各種邏輯芯片的晶振引腳可以等效為電容三點式振蕩器.瑞泰電子分析得出晶振引腳的內部通常是一個反相器, 或者是奇數個反相器串聯. 在晶振輸出引腳 XO 和晶振輸入引腳 XI 之間用一個電阻連接, 對于 CMOS 芯片通常是數 M 到數十 M 歐之間. 很多芯片的引腳內部已經包含了這個電阻, 引腳外部就不用接了. 這個電阻是為了使反相器在振蕩初始時處與線性狀態, 反相器就如同一個有很大增益的放大器, 以便于起振. 石英晶體也連接在晶振引腳的輸入和輸出之間, 等效為一個并聯諧振回路, 振蕩頻率應該是石英晶體的并聯諧振頻率. 晶體旁邊的兩個電容接地, 實際上就是電容三點式電路的分壓電容, 接地點就是分壓點. 以接地點即分壓點為參考點, 振蕩引腳的輸入和輸出是反相的, 但從并聯諧振回路即石英晶體兩端來看, 形成一個正反饋以保證電路持續振蕩. 在芯片設計時, 這兩個電容就已經形成了, 一般是兩個的容量相等, 容量大小依工藝和版圖而不同, 但終歸是比較小, 不一定適合很寬的頻率范圍. 外接時大約是數 PF 到數十 PF, 依頻率和石英晶體的特性而定. 需要注意的是: 這兩個電容串聯的值是并聯在諧振回路上的, 會影響振蕩頻率. 當兩個電容量相等時, 反饋系數是 0.5, 一般是可以滿足振蕩條件的, 但如果不易起振或振蕩不穩定可以減小輸入端對地電容量, 而增加輸出端的值以提高反饋量.
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