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石英晶体 英 体 应用与可靠性 C Copyright, i ht 1998 ? 2003 ? ?, Arthur Arth rL Lee Technical Director 1 Hong Kong X’tals Limited.
什么是石英晶振??? ? 生产工程师 生产工程师: – 当你的电子板出现问题,它是第 当你的 子板 现问题 是第 一个被替代的元件! ? 采购人员: – 是一种很难找到”可靠”供应商的 元件! ? 研发工程人员: – 一个难以理解的小黑盒! Hong Kong X’tals Limited 2
什么是石英晶振? 晶振是一个压电元件,即: 能量在电能与机械能状态下每 秒转换百万次 所以,压电元件的規格特性要求不同於其他纯电气或 纯机械的元件 : ?电阻—纯电气 ?螺钉—纯机械 Hong Kong X’tals Limited 3
HC-49U石英晶体的结构 外壳 壳 两面银电极 机械能 Mechanical Energy Stress and Motion 石英晶片(白片) 導电银胶 压力和及运动 压力和及 动 底座 注入干净、 注入干净 干燥的惰性 气体 电能 Electrical Energy Voltage Current 电压及电流 4 Hong Kong X’tals Limited
石英晶体的(简化理論模型 L1, , C1 : 机械能—应力及运动 电能—电压及电流 Co : 静电容 RS ( ESR : 能量耗损 Rs : (ESR E R Equivalent i l tS Series i R Resistance it 串联电阻 Co : (Shunt Capacitance Electrode Capacitance静电容 C1 : (Cm Motional Capacitance 动态电容 L1 : (Lm Motional Inductance 动态电感 5 Hong Kong X’tals Limited
晶体抗特性
晶体阻抗特性
Rs,Co,C1和L1会提供关于晶体阻抗跟频率的关系,
此关系可用数学计算但其有效范围只是在工作此关系可用数学计算。但其有效范围, 只是在工作
频率的几百ppm附近。
J part of Crystal Impedence
晶体阻抗的J部份
Hong Kong X’tals Limited
6
频率
如何标定晶体規格
如何标定晶体規格??首先需了解你电子线路的特性; 从而
标定晶体的电子规格
标定晶体的电子规格。?然後再加上产品的环境要求, 从而标定晶体。
?再而考虑加上晶体有关的可靠性規
格。
Hong Kong X’tals Limited
7
电子線路与产品要求
Copyright 1998?2003?8
Copyright, 1998 ?, 2003 ?
Hong Kong X’tals Limited.
简单的英振荡结构
简单的石英振荡器结构
振荡器有3个主要部份
:
放大器
放大器,相位补偿网络和晶体
晶体仅为整个振荡器环路中
三个部份中的其中一9部份.
Hong Kong X’tals Limited
振荡的等效模式
振荡器的等效模式
D i L l
Hong Kong X’tals Limited
10
Drive Level =Vx * Ix
Vx
RL XLe= - XCL
线路基本特性
(简化 放大器和相位补偿网络的特性( 简化:?增益相移
-负阻FR FL (?相移
- FR 或FL (及CL ?电压振幅及相移
- 激励电平?小波幅增益- 起功特性Hong Kong X’tals Limited11
如何测量电路参数
如何测量电路参数?相当困难!!
晶体是在高阻抗及小电容下操作的.因此,插入任何测试探针都将影响它的操作环境:
?示波器探头(2PF~20PF:太大
?矢量电压表探头(50Ohm:负荷太大
建议將你的PCB板送交晶体供应商测试?建议將你的PCB板送交晶体供应商测试.Hong Kong X’tals Limited12
负阻抗及最大ESR
振荡线路的负阻是线路能维持正常工作時(正常振荡波幅, 晶体的可容許最大阻抗不过在以下情况下负阻抗可能有变化的可容許最大阻抗。不过,在以下情况下负阻抗可能有变化:?电源变化?温度变化
?元件批量的误差?启动
?晶体的电阻可能随激励电平及温度的变化而变化。因此,通常情况下,建议标定晶体的最大电阻等于负阻抗的1/3(到1/10。Hong Kong X’tals Limited13
激励电的定义
激励电平的定义
字面上的定义,很简单,
激励电平(工作状态)=能量在晶体中的消耗=电压Vx与电流Ix的矢量积
?
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