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數字電路的心臟——晶振

更新時間:2019-10-28 15:17:58點擊次數:239次
晶振,實際上是通過切割設備將人工培養的水晶進行薄片切割而得到的,水晶的人工培養主要跟生長環境有關系,目前市面上品質較好的是俄羅斯生長的水晶。之所以說晶振是數字心臟,就是因為所有的數字電路都需要一個穩定的工作時鐘信號,最常見的就是用晶振來解決,可以說只要有數字電路的地方就可以見到晶振。 通常所說的晶振,一般分為兩種,一種需要加驅動電路才能產生頻率信號,這類晶振叫晶振諧振器,比如常見的49S封裝、兩腳封裝...


晶振,實際上是通過切割設備將人工培養的水晶進行薄片切割而得到的,水晶的人工培養主要跟生長環境有關系,目前市面上品質較好的是俄羅斯生長的水晶。之所以說晶振是數字心臟,就是因為所有的數字電路都需要一個穩定的工作時鐘信號,最常見的就是用晶振來解決,可以說只要有數字電路的地方就可以見到晶振。

通常所說的晶振,一般分為兩種,一種需要加驅動電路才能產生頻率信號,這類晶振叫晶振諧振器,比如常見的49S封裝、兩腳封裝的SMD3225 、SMD5032、少量的四腳SMD封裝。一種不用加驅動電路,只需要加上電壓信號,就能產生頻率信號,這種叫做晶振振蕩器,基本上都是四腳封裝,含有電源引腳、地引腳、頻率輸出引腳等。

一般晶振的主要參數有:核心頻率、工作溫度、精度值、等效串聯阻抗、匹配電容、封裝形式等等。

而一般核心頻率的選擇取決于頻率需求元件的要求,比如時鐘芯片就需要32.768kHz的晶振,MCU一般是一個范圍,基本上從4M到幾十M都有。

晶振的工作溫度,之所以把工作溫度單獨拿出來,主要是由于晶振是個物理的器件,工作溫度與價格是成正比,工作溫度要求越高,價格越高,所以選擇晶振時也需要重點考慮工作溫度。

晶振的精度值一般常見的有:0.5ppm、±5 ppm、±10 ppm、±20 ppm、±5 0ppm等等。其中0.5 ppm國內的目前只有通過數字補償的才能做到,國外的有在3225甚至2016年實現高精度。精度的選擇一般要參考頻率器件對精度的要求。比如高精度的時鐘芯片一般在±5 ppm以內,普遍的應用都選擇在±20 ppm左右。

晶振的等效串聯阻抗,這個參數主要是與驅動能力有關系,也就是說跟驅動電流有關系。等效電阻小則需要的驅動電流就小。對外部驅動電路的適應能力就越高。

晶振的匹配電容,通過改變匹配電容的參數值,可以改變晶振的核心頻率,也就是說可以通過調整晶振的匹配電容來對精度做微調。這也是目前國內做高精度溫補晶振的主要辦法。

晶振的封裝形式,目前晶振的封裝形式是多樣的,用戶需要根據自己的實際情況來進行選擇,主要是根據板子的空間,加工方式,成本等等方面來考慮。

一般來說,晶振是一個系統的核心器件。晶振的好壞直接關系整個系統的穩定性。需要注意的主要有以下幾點。

與加工工藝有關系的有以下兩個方面,一個是過高溫的回流焊,由于晶振是個物理器件,在過回流焊的時候高溫可能會對晶振的頻率造成一定的影響,偏離核心頻率,這個在使用K級別晶振的時候需要特別注意。一個是清洗流程中的超聲波清洗,這個主要是超聲波頻率如果落在晶振的工作頻率上就可能引起晶振的共振,導致晶振內部的晶片碎掉,出現不良。

通常應用上需要注意的是讓晶振工作在穩定狀態,很多出現晶振失效的情況都是晶振長期工作在過驅動或者是欠驅動狀態,這個可以通過查看晶振的輸出引腳波形可以分析。過驅動可能導致晶振達不到正常使用壽命,欠驅動可能導致晶振的抗干擾能力減弱,系統常常無故丟時鐘。

晶振的抗干擾設計,由于晶振是個小信號器件,很容易受到外部的干擾,從而導致系統時鐘出現問題。這塊主要從兩個方面處理,一個是layout上注意晶振時鐘信號的處理,常用的是包地處理。一個是對板上其他頻率器件的處理,這個就需要做好不同頻率間的隔離處理。

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