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松季声表晶振用“芯”打造高端晶振产品

松季声表晶振用“芯”打造高端晶振产品

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  科技  (science and technology)已经成为21世纪时代的代名词;数字化以及信息化成为我们生活不可或缺的一部分随着科技的不断发展,越来越多的科技产品已经进入我们大众的视野,其中晶振也是其中之一。

 

    当前晶体振荡器发展越来越大,其一方面表现为了系列品种的增加和市场需求量的增长,还有另一方面以智能手机为代表的通信产品及便携式产品反过来也对晶振的技术创新提出更高要求。需求的增长还在影响于晶振等电子产品的发展。还有受智能通信、GPS设备、一些仪器仪表和一些民用消费电子等终端产品的发展影响,小型化、片式化、低噪声化、频率高精度化与高稳定度及高频化,是目前和未来正在摆在石英晶振面前的重要发展课题。

 

比如一些小型化、薄片化和片式化:为了能满足移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短小的需求,石英晶体振荡器的一些封装由传统的由裸金属外壳覆塑料金属封装向陶瓷封装的转变。比如TCXO这类器件的体积缩小了30~100倍。采用SMD封装的TCXO厚度不足2mm,且目前5×3mm尺寸的器件已经上市。

达到低噪声、高频化。在GPS通信系统中一般是不允许频率颤抖的,但相位噪声是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。OCXO现在主流产品的相位噪声性能已经有很大改善建设。除了VCXO以外呢,其它类型的晶体振荡器是最高输出频率不超过200MHz的。比如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器,其频率为650~1700MHz,电源电压2.2~3.3V,工作电流8~10mA。

 

低功能及快速启动,低电压工作,低电平驱动和低电流消耗当今已成为一个趋势。电源的电压一般为3.3V。许多TCXO和VCXO产品,电流损耗都不超过2mA。石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。例如日本精工生产的VG—2320SC型VCXO,在±0.1ppm规定值范围条件下,频率稳定时间小于4ms。日本东京陶瓷公司生产的SMDTCXO,在振荡启动4ms后则可达到额定值的90%。OAK公司的10~25MHz的OCXO产品,在预热5分钟后,则能达到±0.01ppm的稳定度。下面就以石英晶振为例来介绍一下晶振的原理

 

    石英振荡电路的组成与设计原理

 

    石英振荡电路的形式很多,但基本电路只有两类:

    并联晶体振荡器和串联晶体振荡器。前者石英晶体是以并联谐振的形式出现,而后者则是以串联谐振的形式出现。石英振荡电路主要由IC、石英谐振器XTAL 、电阻、PCB 等组成,下面对各组成部分做简单说明:

     1、IC:可根据实用的需要任意选用,如CMOS 反向器IC;专用振荡IC;大规模的数字IC 中自备石英振荡门。

     2 、负载特性:振荡电路(除去CRYSTAL) ,具有一个负阻特性(用网络频谱分析仪) ,振荡电路负阻值(绝对值) 必须大于3 倍的CRTSTAL 电阻值( CRYS2TAL ESR/ RR) ,振荡电路才可以稳定的振荡。

     3 、电容:可根据用户的需要选用片式或传统结构的产品,但是应注意选择适用于高频的、低损耗的,选用NP0 系列的温度系数产品。电阻:在选择尺寸的同时需注意功耗的满足。

     4 、PCB :注意能满足高频的使用场合和注意尽量降低线路的分布参数,大面积接地和一点式接地方案的采纳。有必要的时候应注意EMI 的防护。

     5 、石英谐振器XTAL :频率大于1MHz 的谐振器应选用ATMODE ,可根据用户的需要选择合适的外形尺寸和封装的晶体。主要电性指标: FL 、ESR 的CLOCK需要选用FL 及公差,并按Cg/ Cd 值,计算而得CL =

     6 、ESR :单位Ω,工作温度范围的频率公差。

     正确的选取Cg/ Cd 的值将有利于振荡电路的工作稳定,并能使振荡频率满足使用的CL K 要求。其选取的步骤如下:

    (1) 首先应该按照- R 的需要选择Cg/ Cd ,在满足TS 的情况下应尽量小些,保持较高的- R 以保证振荡的稳定性。当无法满足- R 要求时应考虑对IC 的特性重新评价、选择。

    (2) Rf 值选取:取用的XTAL 为基本波的时候,Rf选用1MΩ;3RD 模式的XTAL 时须考虑截止频率必须界于基频与3RD 的中间以保证3RD 工作正常为原则,通常Rf 阻值在2 - 15KΩ间


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