晶振在電路的作用和晶振的原理
發(fā)布日期:2019-11-20
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晶振也叫晶體諧振器,是一種機電器件,是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。
這種晶體有一個很重要的特性,如果給他通電,他就會產(chǎn)生機械振蕩,反之,如果給他機械力,他又會產(chǎn)生電,這種特性叫機電效應(yīng)。他們有一個很重要的特點,其振蕩頻率與他們的形狀,材料,切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定,熱膨脹系數(shù)非常小,其振蕩頻率也非常穩(wěn)定,由于控制幾何尺寸可以做到很精密,因此,其諧振頻率也很準確。根據(jù)石英晶體的機電效應(yīng),我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路,即諧振回路。他們的機電效應(yīng)是機-電-機-電....的不斷轉(zhuǎn)換,由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實際上是把它當(dāng)作一個高Q值的電磁諧振回路。
由于石英晶體的損耗非常小,即Q 值非常高,做振蕩器用時,可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩,作濾波器用,可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。 晶振是石英振蕩器的簡稱,英文名為Crystal,它是時鐘電路中最重要的部件,它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準頻率,它就像個標尺,工作頻率不穩(wěn)定會造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定,自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝不斷提高,現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標都很好,已不容易出現(xiàn)故障,但在選用時仍可留意一下晶振的質(zhì)量。
這種晶體有一個很重要的特性,如果給他通電,他就會產(chǎn)生機械振蕩,反之,如果給他機械力,他又會產(chǎn)生電,這種特性叫機電效應(yīng)。他們有一個很重要的特點,其振蕩頻率與他們的形狀,材料,切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定,熱膨脹系數(shù)非常小,其振蕩頻率也非常穩(wěn)定,由于控制幾何尺寸可以做到很精密,因此,其諧振頻率也很準確。根據(jù)石英晶體的機電效應(yīng),我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路,即諧振回路。他們的機電效應(yīng)是機-電-機-電....的不斷轉(zhuǎn)換,由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實際上是把它當(dāng)作一個高Q值的電磁諧振回路。
由于石英晶體的損耗非常小,即Q 值非常高,做振蕩器用時,可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩,作濾波器用,可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。 晶振是石英振蕩器的簡稱,英文名為Crystal,它是時鐘電路中最重要的部件,它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準頻率,它就像個標尺,工作頻率不穩(wěn)定會造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定,自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝不斷提高,現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標都很好,已不容易出現(xiàn)故障,但在選用時仍可留意一下晶振的質(zhì)量。
晶振在應(yīng)用具體起到什么作用微控制器的時鐘源可以分為兩類:
基于機械諧振器件的時鐘源,如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電阻、電容)振蕩器。
一種是皮爾斯振蕩器配置,適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。 基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動,成本也比較低,但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差,會在標稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。 但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認真對待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。在使用時,陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對放大器的選擇并不敏感,但在過驅(qū)動時很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞)。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有:電磁干擾(EMI)、機械震動與沖擊、濕度和溫度。這些因素會增大輸出頻率的變化,增加不穩(wěn)定性,并且在有些情況下,還會造成振蕩器停振。 上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。
這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出,并且能夠在一定條件下保證運行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成RC振蕩器(硅振蕩器)。
晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高,多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取?選擇振蕩器時還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比,可以表示為功率耗散電容值。比如,HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時,相當(dāng)于1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負載電容,整個電源電流為2.2mA。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負載電容,相應(yīng)地也需要更多的電流。相比之下,晶振模塊一般需要電源電流為10mA ~60mA。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能,范圍可以從低頻(固定)器件的幾個微安到可編程器件的幾個毫安。一種低功率的硅振蕩器,如MAX7375,工作在4MHz時只需不到2mA的電流。 在特定的應(yīng)用場合優(yōu)化時鐘源需要綜合考慮以下一些因素:精度、成本、功耗以及環(huán)境需求
基于機械諧振器件的時鐘源,如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電阻、電容)振蕩器。
一種是皮爾斯振蕩器配置,適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。 基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動,成本也比較低,但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差,會在標稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。 但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認真對待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。在使用時,陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對放大器的選擇并不敏感,但在過驅(qū)動時很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞)。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有:電磁干擾(EMI)、機械震動與沖擊、濕度和溫度。這些因素會增大輸出頻率的變化,增加不穩(wěn)定性,并且在有些情況下,還會造成振蕩器停振。 上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。
這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出,并且能夠在一定條件下保證運行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成RC振蕩器(硅振蕩器)。
晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高,多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取?選擇振蕩器時還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比,可以表示為功率耗散電容值。比如,HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時,相當(dāng)于1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負載電容,整個電源電流為2.2mA。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負載電容,相應(yīng)地也需要更多的電流。相比之下,晶振模塊一般需要電源電流為10mA ~60mA。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能,范圍可以從低頻(固定)器件的幾個微安到可編程器件的幾個毫安。一種低功率的硅振蕩器,如MAX7375,工作在4MHz時只需不到2mA的電流。 在特定的應(yīng)用場合優(yōu)化時鐘源需要綜合考慮以下一些因素:精度、成本、功耗以及環(huán)境需求
深圳市晶友嘉電子有限公司在頻率器件行業(yè)已發(fā)展超過14年, 具備國際標準體系ISO9001、ISO14001等認證, 在深圳建有生產(chǎn)基地,能快速化響應(yīng)市場需求,供應(yīng)性能穩(wěn)定和高性價比的貼片和插件晶振;
貼片晶振產(chǎn)品廣泛的應(yīng)用在電源管理、儀器儀表、PC及周邊小家電、通訊產(chǎn)品、邏輯電路、應(yīng)用于DVB (數(shù)字機頂盒)、GPS(衛(wèi)星定位)、DVD及數(shù)碼相框、高性能MODEM、路由器、VPN接入服務(wù)器、無線路由器、網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備(NAS)、VOIP網(wǎng)關(guān)、數(shù)字硬盤錄像機(Digital video recorder, DVR)、DSLAMs、高端打印機、教學(xué)演示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、交換機、機頂盒、稅控機、液晶顯示驅(qū)動、鼠標、鍵盤、藍牙音響、車載MP3、LCD控制板。
應(yīng)用領(lǐng)域:新能源汽車電子、智能機器人、無人機、醫(yī)療電子、2.4G無線通訊、微波通信、光網(wǎng)絡(luò)通訊、藍牙、移動終端、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、及安防行業(yè)都取得一定的市場占有率。
晶友嘉提供專業(yè)貼片晶振、有源晶振、差分晶振、聲表諧振器等產(chǎn)品生產(chǎn)和供應(yīng),滿足您的所有晶振產(chǎn)品需求,電話:0755-32840201,歡迎來廠蒞臨指導(dǎo)。
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