晶振:指的是石英晶體諧振器(quartzcrystalunit)和石英晶體振蕩器(crystaloscillator)的統(tǒng)稱。分為有源晶振、無源振。
無源晶振:就是一個晶體,本身不能振蕩,依靠配合其他IC內(nèi)部振蕩電路工作。
有源晶振:晶體+振蕩電路,封裝在一起。給他供上電源,就有波形輸出。
晶振全稱為晶體振蕩器,其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率,這個頻率晶振經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。
晶振一般叫做晶體諧振器,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。
晶體有一個很重要的特性,如果給它通電,它就會產(chǎn)生機械振蕩,反之,如果給它機械力,它又會產(chǎn)生電,這種特性叫機電效應。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。
由于石英晶體化學性能非常穩(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,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。在電路中的應用實際上是把它當作一個高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。
晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作,以提供穩(wěn)定,的單頻振蕩。在通常工作條件下,普通的晶振頻率精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率,稱為壓控振蕩器(VCO)。
晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振,便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振,而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。
晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用,以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號,可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。
2原理結構
貼片無源晶振無源晶體——無源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器,無源晶體沒有電壓的問題,信號電平是可變的,也就是說是根據(jù)振電路來決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP,而且價格通常也較低,因此對于一般的應用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。
無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差,通常需要匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調(diào)整。建議采用精度較高的石英晶體,盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。
幾點注意事項:
1、需要倍頻的DSP需要配置好PLL周邊配置電路,主要是隔離和濾波;
2、20MHz以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩(wěn)定度好,20MHz以上的大多是諧波的(如3次諧波、5次諧波等等),穩(wěn)定度差,因此強烈建議使用低頻的器件,畢竟倍頻用的PLL電路需要的周邊配置主要是電容、電阻、電感,其穩(wěn)定度和價格方面遠遠好于晶體晶振器件;
3、時鐘信號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印制線間距盡可能大,緊靠器件布局布線,必要時可以走內(nèi)層,以及用地線包圍;
4、通過背板從外部引入時鐘信號時有特殊的設計要求,需要詳細參考相關的資料。此外還要做一些說明:總體來說晶振的穩(wěn)定度等方面好于晶體,尤其是精密測量等領域,絕大多數(shù)用的都是高檔的晶振,這樣就可以把各種補償技術集成在一起,減少了設計的復雜性。
試想,如果采用晶體,然后自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償,那樣的話設計的復雜性將是什么樣的呢?我們這里設計射頻電路等對時鐘要求高的場合,就是采用高精度溫補晶振的,工業(yè)級的要好幾百元一個。
特殊領域的應用如果找不到合適的晶振,也就是說設計的復雜性超出了市場上成品晶振水平,就必須自己設計了,這種情況下就要選用晶體了,不過這些晶體肯定不是市場上的普通晶體,而是特殊的高端晶體,如紅寶石晶體等等。更高要求的領域情況更特殊,我們這里在高精度測試時采用的時鐘甚至是原子鐘、銣鐘等設備提供的,通過專用的射頻接插件連接,是個大型設備,相當笨重。
3區(qū)別差異
1.有源晶振與無源晶振的區(qū)別
晶振無源晶振為crystal(晶體)無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號,自身無法蕩起來;
有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。有源晶振有4只引腳,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。
2.無源晶振和有源晶振的優(yōu)缺點
無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差,通常需要匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調(diào)整。
建議采用精度較高的石英晶體,盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高。
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