隨時產(chǎn)品智能化和便捷程度要求越來越高,對所有電子元器件的體積也就要求越來越小,當(dāng)產(chǎn)品變小后,產(chǎn)品本身的指標(biāo)也會跟著發(fā)生變化,對于石英晶振來說,體積變小,某些關(guān)鍵參數(shù)也會發(fā)生趨勢性變化,變化隨之也會帶來使用上的問題,某些變化可以通過設(shè)備的升級得以改善甚至變得更好,比如常溫頻差,采用最先進的自動化生產(chǎn)線,就會比老舊的設(shè)備合格率更好,頻率一致更棒。但是也有些參數(shù),比如由于體積變小,要用制造小尺寸的壓控晶體振蕩器,基本上就不能實現(xiàn),因為晶片變小了,晶體的頻率牽引度就變小了,調(diào)頻范圍就達(dá)不到設(shè)計要求,產(chǎn)品就不實用;還有就是某些指標(biāo)因體積變小了,其值發(fā)生了變化,對晶振的使用就提出了不一樣的要求,該電路在大尺寸的晶振時可以使用,改換為小尺寸晶振,晶振卻不工作了,比如晶振的等效阻抗R,相同頻點的晶體,晶體尺寸越小,電阻值就越大,所以就對電路的使用提出了新的要求。下面我們來重點分析當(dāng)晶振阻抗增大后都可以采取何種措施。
如將晶體單元的諧振狀態(tài)置換成電氣電路,可以得到如圖所示的晶體振蕩單元的等效電路,R值相當(dāng)于等效電路中的R1,通常將晶體振蕩單元小型化時,R值會變大,這時,晶體振蕩單元的CI值對振蕩電路的影響及對策如下文所述:
當(dāng)R值較大時起振或停止電壓會變高,會出現(xiàn)即使增加電壓也難以起振,電壓稍下降振蕩就會變得不穩(wěn)定或者停止振蕩的現(xiàn)象。而且R值是晶體振蕩單元單體中的諧振頻率的等效阻抗,對振蕩的不穩(wěn)定或不振蕩產(chǎn)生影響的、決定振蕩裕度的重要參數(shù)之一。
解決辦法 :
首先,需要確保衡量振蕩電路能否穩(wěn)定振蕩的尺度(振蕩裕度)在5倍以上。這項振蕩裕度可用上圖的振蕩電路的負(fù)阻抗除以晶體振蕩單元的等效串聯(lián)阻抗(R)的最大值來表示。
當(dāng)振蕩裕度不足時,將出現(xiàn)如上所述的延遲起振時間或起振電壓變高的故障。而且,當(dāng)振蕩裕度明顯不足時,振蕩將陷入不穩(wěn)定或不起振的狀態(tài)。
為了提高振蕩裕度,以下幾種方法較為有效:
1. 增加振蕩電路電流。此方法改善負(fù)阻抗的方法較為有效,根據(jù)下圖所示的振蕩電路部分功耗與負(fù)阻抗之間的關(guān)系,可使用增加振蕩部電流的方法來解決,但這種方法存在增加耗電量的缺點。
2. 使用CI值較小的石英晶體也可以改善振蕩裕度,但如上所述,通常晶體振蕩單元的小型化將使R值變大,如果挑選使用,勢必會增加使用成本。
3. 通常負(fù)阻抗還跟振蕩電路的匹配電容相關(guān),匹配電容越大,電路負(fù)阻抗越小,所以如果能減小匹配電容的可以改善問題的話,首先是降低外圍電路的匹配電容,否則就只能采用前面兩種方法。
綜上所述,石英晶體的小型化,推動了智能穿戴等便捷式產(chǎn)品的發(fā)展,同時也對晶振本身和產(chǎn)品的使用提出了更高的要求。
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