村田电子:晶振在使用时需要关注哪些参数

发布时间:2023-05-06 11:55
作者:Ameya360
来源:网络
阅读量:2311

  我们常常看到一句话:晶振是单片机系统的“心脏”。

  为什么这么说呢?单片机内部电路工作需要统一的节奏,类似于跑步打节拍,节奏对了才能有条不紊的各自行事。如果没有时钟,单片机压根就无法工作;如果时钟不对,单片机内部就会混乱不堪,也无法正确的工作。

  晶振产生时钟信号的起源

  其实我们工程师为了方便,缩写了晶振,全称则是晶体谐振器,是由石英晶体片或陶瓷晶体片经过加工并镀上电极而做成的。

  石英晶体或陶瓷晶体片有一个特殊的特性——压电效应,就是当我们在晶体上施加电压时,晶体中的晶格在电场力的作用下内部会出现较强的内应力而发生变形,晶体在电场的作用下,其内应力和形变都会发生变化,产生机械振动。当电场消失后,晶体的变形也会随之消失。

  当我们给晶振通入一个稳定的交变信号,晶振就会产生稳定的机械振动,下图所示为晶振的符号和等效电路。

村田电子:晶振在使用时需要关注哪些参数

  晶振两端施加的交变信号频率等于晶振谐振频率时,晶振的电抗为0呈现电阻特性。谐振频率也是晶振等效电路中C1,L1,R1串联支路的谐振频率,故也称串联谐振频率。

  晶振的反谐振频率指的是整个等效电路的谐振频率也称并联谐振频率。当输入信号的频率接近并联谐振频率时,晶振的电抗趋于无穷大。

  从Fa到 Fs之间的区域就是通常所谓的“并联谐振区”也是晶振正常工作的区域了。在此区域晶振呈电感特性,从而带来了相当于180 °的相移。

  那么在实际电路设计中,谁来提供稳定的交变信号呢?就是单片机(芯片)了。具体的参考电路如下图所示。通常皮尔斯振荡电路的晶振振荡电路,其实就是由单片机内部的反相器和反馈电阻,与外部的两个电容组成。有了芯片提供突变信号晶振就可以产生频率稳定的振荡信号了。

村田电子:晶振在使用时需要关注哪些参数

  不同晶振的区别

  上面简述的这部分晶振的特性,都是用来描述无源晶振(Crystal/Xtal)的,那晶振都有哪些分类呢?我们以村田的晶振为例,晶振的分类主要有陶瓷无源晶振(Ceramic Resonator)、石英无源晶振(Crystal Resonator)、有源晶振(Oscillator/XO)、温度补偿晶振(TCXO)、预编程晶振。

  陶瓷无源晶振:通过人工技术处理,将细微的粉末给予压电效应后燃结成型,制作成所需要产品的尺寸,且陶瓷频率受压电材料厚度决定,频率与厚度成正比关系,厚度越厚频率越大。陶瓷晶振的精度比石英晶振低,但是制作成本低、起振时间短。在一些消费类电子和汽车电子中,能看到陶瓷晶振的身影。像村田的CSTNR_G/CSTCR_G系列就是适用在汽车应用上,安全控制、车身控制,电池控制等等。

  石英无源晶振:利用原生的石英材料切割成不同形状加工制作,频率受切割的轴向、大小及厚度的影响产生不同的频率。石英晶振精度高,最高能达到±10ppm-300ppm,可运用到高精度仪器及设备中。例如村田的XRCGB25M000F1SBAR0,频率25MHz,精度±10ppm,换算成百分比就是±0.001%。

  有源晶振:一个完整的振荡器,里面除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件。

  预编程晶振:把晶振参数,如频率偏差、工作电压、负载电容、频率等提供给晶振厂家,通过电脑等设备编程,将频点、精度、频差等些参数写入空白芯片。

  晶振该如何选型

  说完了晶振的种类,那么在实际应用中,我们选晶振时,应该关注晶振的哪些特性?

  一般情况下,我们需要根据自己的应用,选择晶振的类型,比如是有源的还是无源的。如果是无源的话,需要关注下面这些参数:

  1)标称频率:在晶振的外壳上可以找频率,不同晶振对应不同的频率,选择多大频率的晶振,取决于系统的要求,比如STM32F103RCT6单片机的HSE时钟输入典型值是8MHz,因此选择相应8MHz频率的晶振即可。

  2)精度:指的是晶振的频率相对于标称值的最大允许偏差,一般用ppm来表示,即百万分之一,值越小精度越高。

  频率公差即初始频偏,由于生产制造时不可避免的系统误差而产生了晶振的频率偏差,频率温度特性即温漂大家很好理解,就是外界温度变化带来的频偏,原厂会保证在晶振工作范围内的最大频偏,而频率老化,车规应用关注的比较多,原厂会保证10-15年内的老化的频偏。

  3)ESR 等效串联电阻:晶振的内阻,和晶振的功耗有关系,如果ESR太高,功耗会增加,甚至无法起振。如果ESR越小,成本也会有所增加,因此可以根据实际情况进行选择。

  基本上所有的应用都需要晶振选型,比如在汽车电子应用中就涉及多个晶振,尤其是现在大火的ADAS。村田就曾总结过在ADAS中使用到的晶振,以及如何选型(以下视频):

  晶振测试方法

  最后,我们再讲一讲晶振的出厂测试,就是厂商对晶振出厂测试。出厂测试的内容可就非常多了,包括频率偏差、负载电容、振荡频率、起振余裕度、激励功率等专业参数测试。像村田就可以提供IC匹配的免费增值服务。对于上述测试有需求的客户可以寄送到村田实验室做匹配,然后应用工程师会直接把PCB送还。

  对于晶振的振荡稳定性(起振余裕度(负阻)、激励功率),频率稳定性(频偏)都有相应的测试方法。拿振荡频率测试来说,需要频谱分析仪、天线,按照下图准备好测量设备:

村田电子:晶振在使用时需要关注哪些参数

  测试时,让天线尽可能靠近振荡电路,但不能触碰到振荡电路,然后就可以读取频谱分析仪响应的峰值频率。

(备注:文章来源于网络,信息仅供参考,不代表本网站观点,如有侵权请联系删除!)

在线留言询价

相关阅读
几种常见的晶振封装的特点及其优势
  晶体振荡器(Crystal Oscillator)是现代电子设备中常见的元件之一,用于产生稳定的时钟信号。在电子产品设计中,晶振的封装类型多种多样,每种封装都有其独特的特点和优势。以下将介绍几种常见的晶振封装类型及其特点以及相应的优势。  1. DIP(Dual In-line Package)  DIP封装是一种双列直插式封装,在早期的电子产品中非常常见。它的特点包括:  易于插拔:DIP封装的引脚设计使其易于插拔,方便进行维护和更换。  较大尺寸:由于DIP封装较为传统,其尺寸相对较大,有利于手工焊接。  通用性强:DIP封装适用于多种不同类型的晶振。  优势:  易于制造:DIP封装结构简单,易于制造和组装。  可靠性高:由于封装结构简单,DIP晶振的可靠性较高。  2. SMD(Surface Mount Device)  SMD封装是一种表面贴装封装,逐渐取代了DIP封装在现代电子产品中的应用。其特点包括:  小型化:SMD封装体积小巧,有利于提高PCB板的集成度。  适合自动化生产:SMD封装适合大规模生产,并且可以通过表面贴装技术实现自动化焊接。  耐震动:SMD封装在振动环境下有较好的稳定性。  优势:  空间利用率高:SMD封装占用空间少,有利于实现紧凑的电路设计。  适应性强:SMD封装适用于各种现代电子设备,如手机、笔记本电脑等。  3. TO(Transistor Outline)  TO封装是一种金属外壳封装,主要用于需要较好散热性能的晶振。其特点包括:  优良的散热性能:TO封装具有金属外壳,便于将热量散发出去,保持晶振的稳定性。  耐高温:TO封装能够较好地耐受高温环境,适用于一些高温工作条件下的场景。  优势:  稳定可靠:TO封装的散热性能和稳定性使得其在某些要求高稳定性的应用中表现优异。  长寿命:由于TO封装的散热性能较好,晶振在工作过程中的热量能够有效散发,延长了晶振的使用寿命。  4. Ceramic Package  陶瓷封装是一种常见的晶振封装类型,具有以下特点:  优异的温度稳定性:陶瓷封装对温度变化不敏感,能够提供较高的频率稳定性。  耐腐蚀:陶瓷材料具有较好的耐腐蚀性能,适合在恶劣环境中使用。  抗震动:由于陶瓷封装具有较好的机械强度,对震动和冲击有一定的抵抗能力。  优势:  长期稳定性:陶瓷封装的温度稳定性和抗腐蚀性能使得晶振在长期使用过程中维持稳定性。  适应性广泛:陶瓷封装适用于各种电子产品,尤其适合在恶劣的工作环境下使用。  5. Metal Can Package  金属罐封装是一种外壳采用金属制成的封装类型,具有以下特点:  较好的屏蔽性能:金属罐封装能有效屏蔽外部干扰信号,提供相对较好的抗干扰能力。  保护性能好:金属罐封装能有效保护晶振内部结构,减少外部环境对晶振的影响。  易于焊接:金属罐封装便于手工或自动化焊接,有利于生产制造。  优势:  抗干扰能力强:金属罐封装的屏蔽性能能有效阻挡外部干扰信号,提高晶振的稳定性。  环境适应性好:金属罐封装在不同工作环境下均表现出色,适用性广泛。  通过了解以上几种晶振封装的特点及其优势,设计工程师可以更好地选择适合特定应用需求的晶振封装类型,以确保电子产品性能稳定、可靠。在实际设计中,还需考虑到成本、体积、工艺要求等因素,综合权衡后做出最佳选择。不同的封装类型之间并非孤立存在,而是相互补充,为工程师提供了多样化的选项,以满足不同领域的需求。
2024-09-12 11:00 阅读量:476
晶振频率稳定性的关键指标与影响因素是什么
  晶振是一种被广泛应用于电子设备中的元件,用于产生准确的时钟信号。在许多应用中,晶振的频率稳定性直接影响到系统的性能和可靠性。本文将探讨晶振频率稳定性的关键指标和影响因素。  晶振频率稳定性的关键指标  1. 频率偏差  频率偏差是指晶振实际输出频率与其额定频率之间的差值。频率偏差越小,表示晶振输出频率越准确稳定。  2. 频率漂移  频率漂移是指晶振频率随时间变化的情况。频率漂移主要受温度变化、Aging(老化)等因素的影响。  3. 温度稳定性  温度稳定性是指晶振在不同温度条件下输出频率的变化范围。优秀的晶振应具有良好的温度稳定性,以确保在不同环境条件下仍能提供稳定的时钟信号。  4. Aging(老化)  Aging是指晶振随着时间使用而导致性能逐渐变差的过程。晶振的老化会导致频率稳定性下降,需要定期校正或更换晶振。  5. 启动时间  启动时间是指晶振从停止状态到达稳定工作状态所需的时间。较短的启动时间有助于系统快速启动并正常运行。  晶振频率稳定性的影响因素  1. 质量  晶振的制造质量直接影响到其频率稳定性。高品质的晶振通常具有更好的频率稳定性和可靠性。  2. 温度变化  温度变化是晶振频率稳定性的主要影响因素之一。晶振的频率往往会随着温度的变化而发生波动。  3. 机械振动  机械振动会对晶振的性能产生影响,导致频率不稳定或频率漂移。  4. 供电电压  供电电压的稳定性对晶振的频率稳定性也有影响。供电电压波动会引起晶振频率的变化。  5. 环境因素  不同的工作环境(如湿度、气压等)也会对晶振的频率稳定性产生影响,设计时需要考虑环境因素对晶振性能的影响。  晶振频率稳定性是衡量晶振品质和性能的重要指标之一。了解晶振频率稳定性的关键指标和影响因素,有助于选择适合应用需求的晶振,并采取相应的措施来提高系统的稳定性和可靠性。
2024-08-26 13:56 阅读量:514
晶振的工作原理及作用
  晶体振荡器是一种将电信号转换为机械振动信号的装置,常用于电子设备中以产生稳定的频率。晶振在现代电子领域中发挥着重要的作用,其稳定性和精准性使得它成为许多电子设备中必不可少的元件之一。  1.晶振的工作原理  晶振的工作原理基于晶体的压电效应和谐振现象。晶振中最常见的晶体为石英晶体,因其稳定性和可靠性而被广泛应用。  压电效应:当晶体受到外力或外加电场时,会引起内部正负电荷的位移,从而产生电势差。这种机械应变导致晶体内部产生电势差,这被称为压电效应。  谐振现象:晶振中的晶体会在特定频率下表现出谐振现象,即对该频率的信号具有放大响应。当晶体受到外加电场刺激时,会产生共振现象,输出一个稳定的频率信号。  振荡回路:晶振通常由晶体振荡器和振荡回路组成。振荡回路提供反馈,使得晶体产生持续的振荡,并且通过控制振荡回路的参数,可以调节晶振的频率。  2.晶振的作用  晶振在电子领域中有着广泛的应用,其作用主要体现在以下几个方面:  时钟信号生成:晶振被广泛用于电子设备中作为时钟信号的来源。稳定的频率振荡使得设备能够精确地执行计时功能,例如计算机、手机等各种电子设备。  通信系统:在无线通信系统中,晶振用于产生射频信号的频率,确保数据传输的准确性和稳定性。手机、卫星通信等系统都需要晶振来保证通信质量。  测量仪器:在科学实验和工程领域中,测量仪器通常需要精确的时间基准。晶振提供了高精度的时钟信号,确保测量数据的准确性。  计算设备:从微处理器到电子脑芯片,晶振都是保障其运行的关键组件。计算设备需要通过晶振来同步各个组件的操作,以确保整个系统的稳定性和性能。  工业控制:自动化系统和工业控制设备通常需要精确的时序控制。晶振提供了可靠的时钟信号,确保设备按照预定的时间序列运行。  3.晶振的类型  压电晶体振荡器:压电晶体振荡器是晶振中最常见的类型之一。它使用晶片的压电效应来实现振荡。PEO具有高稳定性和频率精度,被广泛应用于高要求的电子设备中。  表面声波晶体振荡器:表面声波晶体振荡器采用表面声波传播原理来产生振荡。SAW晶振相对较小且功耗低,适合于集成电路和移动设备中的应用。  振荡石英晶体:振荡石英晶体是一种高精度的晶振,主要用于要求极高频率稳定性和温度稳定性的场合,如卫星导航系统和科学仪器中。
2024-06-04 14:13 阅读量:479
浅谈贴片晶振和直插晶振区别以及如何选择
  晶振是电子产品中常用的元器件,用于提供稳定的时钟信号。在电子设备的设计和制造过程中,贴片晶振和直插晶振是两种常见的类型。  1.贴片晶振与直插晶振的区别  1.1 外观形式  贴片晶振:外形小巧,通常采用扁平矩形封装,便于表面贴装,适合于现代SMT(Surface Mount Technology)工艺。  直插晶振:外形类似传统电子元件,带有引脚,适合通过插座或焊接方式固定在电路板上。  1.2 安装方法  贴片晶振:适用于自动化表面贴装技术,可高效快速地安装到印刷电路板上,适合大规模生产。  直插晶振:需要手工焊接或通过插座安装,相对贴片晶振来说安装过程更为复杂。  1.3 尺寸和功耗  贴片晶振:体积小、重量轻,功耗低,适合要求体积小巧的电子产品设计。  直插晶振:体积较大,功耗略高,适合于一些对性能要求较高的应用场景。  1.4 适用范围  贴片晶振:常用于移动设备、消费类电子产品等体积要求较小的领域。  直插晶振:适用于工业控制、通信设备等对精度和稳定性要求较高的领域。  2.如何选择晶振  1. 应用需求:根据实际应用需求选择合适的晶振类型,考虑到体积、功耗、精度等因素。  2. 稳定性和精度:对于需要高精度、稳定性较高的应用场景,建议选择直插晶振。  3. 生产成本:考虑生产成本和生产效率,如果需要大批量生产,可以选择贴片晶振以提高生产效率。  4. 环境适应性:根据产品使用环境,选择具有良好抗干扰和耐高温性能的晶振。  5. 品牌和质量:选择知名品牌、有信誉保证的晶振供应商,确保产品质量和稳定性。  贴片晶振和直插晶振各有特点,适用于不同的应用场景。正确选择适合的晶振类型可以提高产品性能和稳定性,同时降低生产成本。在选择晶振时,应充分考虑实际需求并权衡各方面因素,以确保最终选型符合产品设计的要求。
2024-05-20 14:41 阅读量:542
  • 一周热料
  • 紧缺物料秒杀
型号 品牌 询价
TL431ACLPR Texas Instruments
RB751G-40T2R ROHM Semiconductor
MC33074DR2G onsemi
BD71847AMWV-E2 ROHM Semiconductor
CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
型号 品牌 抢购
TPS63050YFFR Texas Instruments
IPZ40N04S5L4R8ATMA1 Infineon Technologies
STM32F429IGT6 STMicroelectronics
BP3621 ROHM Semiconductor
BU33JA2MNVX-CTL ROHM Semiconductor
ESR03EZPJ151 ROHM Semiconductor
热门标签
ROHM
Aavid
Averlogic
开发板
SUSUMU
NXP
PCB
传感器
半导体
关于我们
AMEYA360微信服务号 AMEYA360微信服务号
AMEYA360商城(www.ameya360.com)上线于2011年,现 有超过3500家优质供应商,收录600万种产品型号数据,100 多万种元器件库存可供选购,产品覆盖MCU+存储器+电源芯 片+IGBT+MOS管+运放+射频蓝牙+传感器+电阻电容电感+ 连接器等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、 BOM配单及提供产品配套资料等,为广大客户提供一站式购 销服务。