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如何選擇合適的晶振?這里有一份晶振的分類方法和技巧

2023-05-04 11:45:14 晶振廠家星光鴻創XGHC

        晶振是一種利用石英晶體或陶瓷材料的壓電效應產生穩定頻率的電子元件,它被廣泛應用于各種電子設備中,作為時鐘信號、基準頻率或者頻率合成的源頭。晶振有很多種類,根據不同的分類標準,可以分為不同的類型。本期我們將為你介紹晶振的種類和用途,讓你對這種重要的電子元件有一個全面的了解。

晶振星光鴻創

晶振的基本原理

        晶振的基本原理是利用壓電效應,即當在某些材料上施加電場時,它們會產生機械變形;反之,當在它們上施加機械壓力時,它們會產生電場。如果在這些材料上加交變電壓,它們就會產生機械振動;同時,它們的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下,這些材料的機械振動和交變電場的振幅都非常微小,但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現象稱為壓電諧振。這個特定值就是這些材料的諧振頻率,它與材料的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

晶振的制作材料

        晶振的制作材料主要有兩種:石英晶體和陶瓷材料。

        01.石英晶體是二氧化硅(SiO2)的結晶體,它具有很強的壓電效應和很高的機械強度。石英晶體可以切割成不同形狀和尺寸的薄片,并在兩個對應面上涂敷金屬電極,就構成了一個石英晶體諧振器。石英晶體諧振器具有頻率穩定性高、溫度特性好、老化小、抗干擾強等優點,但也有體積大、成本高、頻率范圍窄等缺點。

        02.陶瓷材料是一些具有壓電效應的無機化合物,如鈦酸鋯(ZrTiO4)、鈦酸鉛(PbTiO3)等。陶瓷材料可以通過壓制、燒結等工藝制成不同形狀和尺寸的薄片,并在兩個對應面上涂敷金屬電極,就構成了一個陶瓷諧振器。陶瓷諧振器具有體積小、成本低、頻率范圍寬等優點,但也有頻率穩定性低、溫度特性差、老化大、抗干擾弱等缺點。

晶振的分類方式

        晶振可以根據不同的分類標準,分為不同的類型。常見的分類方式有以下幾種:              01.按應用特性分類,晶振可以分為串聯諧振型晶振和并聯諧振型晶振兩種。串聯諧振型晶振是指在電路中與外部元件串聯使用的一種晶振,它的輸出頻率由晶體本身決定,不受外部元件的影響。并聯諧振型晶振是指在電路中與外部元件并聯使用的一種晶振,它的輸出頻率由晶體和外部元件共同決定,受外部元件的影響。

        02.按負載電容特性分類,晶振可以分為低負載電容型晶振和高負載電容型晶振兩種。低負載電容型晶振是指在電路中與外部元件并聯時,所需的外部負載電容較?。ㄒ话阈∮?0pF)的一種晶振,它的輸出頻率較高,受外部元件的影響較小。高負載電容型晶振是指在電路中與外部元件并聯時,所需的外部負載電容較大(一般大于20pF)的一種晶振,它的輸出頻率較低,受外部元件的影響較大。

        03.按功能和實現技術分類,晶振可以分為無源晶振(晶體諧振器)和有源晶振(晶體振蕩器)兩大類。有源晶振又可以細分為以下四種:普通晶體振蕩器(SPXO)、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、壓控晶體振蕩器(VCXO)、恒溫晶體振蕩器(OCXO)。

        04.按封裝形式分類,晶振可以分為玻璃真空密封型晶振、金屬殼封裝型晶振、陶瓷封裝型晶振和塑料殼封裝型晶振四種。

        05.按外形分類,晶振可以分為長方形晶振、圓柱形晶振和橢圓形晶振三種。長方形晶振是指將晶體切割成長方形薄片,并在兩個對應面上涂敷電極的一種晶振,它具有結構簡單、制造容易等優點,但也有諧振頻率受切割角度影響較大的缺點。長方形晶振主要應用于高頻段(如MHz)或者對頻率范圍要求寬的場合。圓柱形晶振是指將晶體切割成圓柱形薄片,并在兩個端面上涂敷電極的一種晶振,它具有諧振頻率受切割角度影響較小、抗機械沖擊能力較強等優點,但也有結構復雜、制造困難等缺點。圓柱形晶振主要應用于低頻段(如32.768kHz)或者對頻率穩定性要求高的場合。橢圓形晶振是指將晶體切割成橢圓形薄片,并在兩個對應面上涂敷電極的一種晶振,它具有諧振頻率受切割角度影響較小、抗機械沖擊能力較強、結構簡單、制造容易等優點,但也有諧振頻率受尺寸影響較大的缺點。橢圓形晶振主要應用于中頻段(如100kHz~10MHz)或者對頻率穩定性要求適中的場合。

        6.按諧振頻率精度分類,晶振可以分為高精度型晶振、中精度型晶振和普通型晶振三種。高精度型晶振是指輸出頻率的誤差在±5ppm以內的一種晶振,它具有頻率穩定性極高、溫度特性極好、相位噪聲極低等優點,但也有功耗大、體積大、成本高等缺點。高精度型晶振主要應用于對頻率穩定性要求極高的場合,如軍事設備、衛星通信、科學研究等。中精度型晶振是指輸出頻率的誤差在±5ppm~±50ppm之間的一種晶振,它具有頻率穩定性較高、溫度特性較好、相位噪聲較低等優點,但也有功耗適中、體積適中、成本適中等特點。中精度型晶振主要應用于對頻率穩定性要求較高的場合,如通信設備、導航設備、儀器儀表等。普通型晶振是指輸出頻率的誤差在±50ppm以上的一種晶振,它具有功耗小、體積小、成本低等優點,但也有頻率穩定性低、溫度特性差、相位噪聲高等缺點。普通型晶振主要應用于對頻率穩定性要求不高的場合,如消費電子、玩具、遙控器等。

晶振的性能指標

        晶振的性能指標主要有以下幾種:

        01.諧振頻率:指晶振在無外部負載電容時的輸出頻率,它由晶體的切割方式、幾何形狀、尺寸等決定,一般用Hz或者kHz表示。

        02.負載電容:指晶振在電路中與外部元件并聯時,所需的外部負載電容,它會影響晶振的輸出頻率,一般用pF表示。

        03.頻率偏差:指晶振的實際輸出頻率與標稱輸出頻率之間的差值,它由晶體的制造誤差、老化、溫度變化、電壓變化等因素引起,一般用ppm表示。

        04.頻率穩定度:指晶振在規定的溫度范圍、電壓范圍和時間范圍內,輸出頻率的變化量,它反映了晶振的穩定性,一般用ppm表示。

        05.相位噪聲:指晶振輸出信號的相位與理想信號的相位之間的隨機波動,它反映了晶振輸出信號的純度,一般用dBc/Hz表示。

        06.起動時間:指晶振從加電到達穩定輸出狀態所需的時間,它反映了晶振的響應速度,一般用ms表示。

        07.功耗:指晶振在工作狀態下消耗的電能,它反映了晶振的效率,一般用mW表示。

晶振的應用領域

        晶振在各種電子設備中都有著重要的作用,根據不同的應用場合和要求,可以選擇不同類型和性能的晶振。常見的應用領域有以下幾種:

        01.通信設備:如手機、無線電、衛星電話等,需要使用高精度、高穩定度、高純度的晶振作為時鐘信號或者基準頻率,以保證通信質量和效率。

        02.導航設備:如GPS、北斗導航等,需要使用高精度、高穩定度、高純度的晶振作為時鐘信號或者基準頻率,以保證定位精度和可靠性。

        03.儀器儀表:如示波器、頻譜儀、計數器等,需要使用高精度、高穩定度、高純度的晶振作為時鐘信號或者基準頻率,以保證測量精度和可靠性。

        04.消費電子:如電視機、音響、游戲機等,需要使用低功耗、低成本、低頻段的晶振作為時鐘信號或者基準頻率,以保證功能實現和成本控制。

        05.玩具:如遙控車、飛機等,需要使用低功耗、低成本、低頻段的晶振作為時鐘信號或者基準頻率,以保證功能實現和成本控制。

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