晶振,晶振怎么選擇? - 壹芯微

晶振被廣泛應(yīng)用到軍、民用通信電臺(tái)，微波通信設(shè)備，程控電話交換機(jī)，無線?電綜合測(cè)試儀，BP機(jī)、移動(dòng)電話發(fā)射臺(tái)，高檔頻率計(jì)數(shù)器、?GPS?、衛(wèi)星通信、遙控移動(dòng)設(shè)備等。晶振有多種封裝，它的特點(diǎn)是電氣性能規(guī)范多種多樣。它有好幾種不同的類型：電壓控制晶振(VCXO)、溫度補(bǔ)償晶振(TCXO)、恒溫箱晶振(OCXO)，以及數(shù)字補(bǔ)償晶振(DCXO)。每種類型都有自己的獨(dú)特性能。那么該如何選擇呢？

1.封裝

與其它電子元件相似，晶振亦采用愈來愈小型的封裝。例如，M-tron公司的M3L/M5L系列表面貼裝晶振現(xiàn)在采用3.2×5.0×1.0mm的封裝。通常，較小型的器件比較大型的表面貼裝或穿孔封裝器件更昂貴。小型封裝往往要在性能、輸出選擇和頻率選擇之間作出折衷。

2.頻率穩(wěn)定性的考慮

晶振的主要特性之一是工作溫度內(nèi)的穩(wěn)定性，它是決定晶振價(jià)格的重要因素。穩(wěn)定性愈高或溫度范圍愈寬，器件的價(jià)格亦愈高。對(duì)于頻率穩(wěn)定度要求±20ppm或以上的應(yīng)用，可使用普通無補(bǔ)償?shù)木д瘛?duì)于低于±1至±20ppm的穩(wěn)定度，應(yīng)該考慮TCXO。對(duì)于低于±1ppm的穩(wěn)定度，應(yīng)該考慮OCXO或DCXO。

石英晶振

3.輸出

必需考慮的其它參數(shù)是輸出類型、相位噪聲、抖動(dòng)、電壓穩(wěn)定度、負(fù)載穩(wěn)定性、功耗、封裝形式、沖擊和振動(dòng)、以及電磁干擾(EMI)。晶振器可HCMOS/TTL兼容、ACMOS兼容、ECL和正弦波輸出。每種輸出類型都有它的獨(dú)特波形特性和用途。應(yīng)該關(guān)注三態(tài)或互補(bǔ)輸出的要求。對(duì)稱性、上升和下降時(shí)間以及邏輯電平對(duì)某些應(yīng)用來說也要作出規(guī)定。許多DSP和通信芯片組往往需要嚴(yán)格的對(duì)稱性(45%至55%)和快速的上升和下降時(shí)間(小于5ns)。

4.相位噪聲和抖動(dòng)

在頻域測(cè)量獲得的相位噪聲是短期穩(wěn)定度的真實(shí)量度。它可測(cè)量到中央頻率的1Hz之內(nèi)和通常測(cè)量到1MHz。晶振的相位噪聲在遠(yuǎn)離中心頻率的頻率下有所改善。TCXO和OCXO晶振以及其它利用基波或諧波方式的晶振具有最好的相位噪聲性能。采用鎖相環(huán)合成器產(chǎn)生輸出頻率的晶振比采用非鎖相環(huán)技術(shù)的晶振一般呈現(xiàn)較差的相位噪聲性能。

抖動(dòng)與相位噪聲相關(guān)，但是它在時(shí)域下測(cè)量。以微微秒表示的抖動(dòng)可用有效值或峰—峰值測(cè)出。許多應(yīng)用，例如通信網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)傳輸、ATM和SONET要求必需滿足嚴(yán)格的拌動(dòng)指標(biāo)。需要密切注意在這些系統(tǒng)中應(yīng)用的晶振的抖動(dòng)和相位噪聲特性。

5.電源和負(fù)載的影響

晶振的頻率穩(wěn)定性亦受到晶振電源電壓變動(dòng)以及晶振負(fù)載變動(dòng)的影響。正確選擇晶振可將這些影響減到最少。設(shè)計(jì)者應(yīng)在建議的電源電壓容差和負(fù)載下檢驗(yàn)晶振的性能。不能期望只能額定驅(qū)動(dòng)15pF的晶振在驅(qū)動(dòng)50pF時(shí)會(huì)有好的表現(xiàn)。在超過建議的電源電壓下工作的晶振亦會(huì)呈現(xiàn)壞的波形和穩(wěn)定性。

對(duì)于需要電池供電的器件，一定要考慮功耗。引入3.3V的產(chǎn)品必然要開發(fā)在3.3V下工作的晶振。較低的電壓允許產(chǎn)品在低功率下運(yùn)行。現(xiàn)今大部分市售的表面貼裝晶振在3.3V下工作。許多采用傳統(tǒng)5V器件的穿孔式晶振正在重新設(shè)計(jì)，以便在3.3V下工作。

6.工作環(huán)境

晶振實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境需要慎重考慮。例如，高的振動(dòng)或沖擊水平會(huì)給晶振帶來問題。除了可能產(chǎn)生物理損壞，振動(dòng)或沖擊可在某些頻率下引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。這些外部感應(yīng)的擾動(dòng)會(huì)產(chǎn)生頻率跳動(dòng)、增加噪聲份量以及間歇性晶振失效。對(duì)于要求特殊EMI兼容的應(yīng)用，EMI是另一個(gè)要優(yōu)先考慮的問題。除了采用合適的PC母板布局技術(shù)，重要的是選擇可提供輻射量最小的晶振。一般來說，具有較慢上升/下降時(shí)間的晶振呈現(xiàn)較好的EMI特性。

對(duì)于70MHz以下的頻率，建議使用HCMOS型的晶振。對(duì)于更高的頻率，可采用ECL型的晶振。ECL型晶振通常具有最好的總噪聲抑制，甚至在10至100MHz的較低頻率下，ECL型也比其它型的晶振略勝一籌。

總而言之，當(dāng)選定晶振時(shí)，有許多不同的選擇要考慮。然而，通過檢查使用晶振的系統(tǒng)，最方便的選擇將變得顯而易見;例如可用于為晶振供電的輸入電壓以及晶振的輸出將驅(qū)動(dòng)的器件的類型等因素。還必須考慮應(yīng)用的其它約束條件，例如物理尺寸和操作環(huán)境。除了這些基本參數(shù)之外，針對(duì)特定應(yīng)用，還有許多其它規(guī)范要予以考量。

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