|
|
|
晶振的基本原理是什么？ |
|
|
晶振的基本原理及特性
晶振一般采用如圖1a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路；實(shí)際的晶振交流等效電路如圖1b，其中Cv是用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻䴓O管加上不同的反偏電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖1c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。
分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來(lái)改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)�？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對(duì)整個(gè)槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上，由于C1很小(1E-15量級(jí))，Co不能忽略(1E-12量級(jí)，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來(lái)越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來(lái)越大。這一方面引起壓控特性的非線(xiàn)性，壓控范圍越大，非線(xiàn)性就越厲害；另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來(lái)越小，最后導(dǎo)致停振。
采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越�。灰虼祟l率的變化范圍也就越小。
晶振的指標(biāo)
總頻差：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率與給定標(biāo)稱(chēng)頻率的最大偏差。
說(shuō)明：總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率老化率造成的偏差、頻率電壓特性和頻率負(fù)載特性等共同造成的最大頻差。一般只在對(duì)短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心，而對(duì)其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場(chǎng)合采用。例如：精密制導(dǎo)雷達(dá)。
頻率穩(wěn)定度：任何晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對(duì)的，程度不同而已。一個(gè)晶振的輸出頻率隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖2。圖中表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化、飄移和短穩(wěn)。
圖2 晶振輸出頻率隨時(shí)間變化的示意圖
曲線(xiàn)1是用0.1秒測(cè)量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的短穩(wěn)；曲線(xiàn)3是用100秒測(cè)量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的漂移；曲線(xiàn)4 是用1天一次測(cè)量的情況。表現(xiàn)了晶振的老化。
頻率溫度穩(wěn)定度：在標(biāo)稱(chēng)電源和負(fù)載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準(zhǔn)溫度或帶隱含基準(zhǔn)溫度的最大允許頻偏。
ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)
ftref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜，｜(fmin-fref)/fref｜]
ft：頻率溫度穩(wěn)定度(不帶隱含基準(zhǔn)溫度)
ftref：頻率溫度穩(wěn)定度(帶隱含基準(zhǔn)溫度)
fmax ：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的最高頻率
fmin：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的最低頻率
fref：規(guī)定基準(zhǔn)溫度測(cè)得的頻率
說(shuō)明：采用ftref指標(biāo)的晶體振蕩器其生產(chǎn)難度要高于采用ft指標(biāo)的晶體振蕩器,故ftref指標(biāo)的晶體振蕩器售價(jià)較高。
開(kāi)機(jī)特性（頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間）：指開(kāi)機(jī)后一段時(shí)間(如5分鐘)的頻率到開(kāi)機(jī)后另一段時(shí)間(如1小時(shí))的頻率的變化率。表示了晶振達(dá)到穩(wěn)定的速度。這指標(biāo)對(duì)經(jīng)常開(kāi)關(guān)的儀器如頻率計(jì)等很有用。
說(shuō)明：在多數(shù)應(yīng)用中，晶體振蕩器是長(zhǎng)期加電的，然而在某些應(yīng)用中晶體振蕩器需要頻繁的開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)，這時(shí)頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間指標(biāo)需要被考慮到（尤其是對(duì)于在苛刻環(huán)境中使用的軍用通訊電臺(tái)，當(dāng)要求頻率溫度穩(wěn)定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃)，采用OCXO作為本振，頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間將不少于5分鐘，而采用MCXO只需要十幾秒鐘)。
頻率老化率：在恒定的環(huán)境條件下測(cè)量振蕩器頻率時(shí)，振蕩器頻率和時(shí)間之間的關(guān)系。這種長(zhǎng)期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，因此，其頻率偏移的速率叫老化率，可用規(guī)定時(shí)限后的最大變化率（如±10ppb/天，加電72小時(shí)后），或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））來(lái)表示。
晶體老化是因?yàn)樵谏a(chǎn)晶體的時(shí)候存在應(yīng)力、污染物、殘留氣體、結(jié)構(gòu)工藝缺陷等問(wèn)題。應(yīng)力要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的變化才能穩(wěn)定，一種叫“應(yīng)力補(bǔ)償”的晶體切割方法（SC切割法）使晶體有較好的特性。
|
|
|
相關(guān)鏈接