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石英晶振

Quartz

Quartz

32kHz振荡器电路的设计

32kHz振荡器电路设计的关键参数

驱动电平 (DL)、振荡频率和负载电容 (CL)、振荡裕量、频率-温度特性

激励等级 (或驱动等级∶DL)


石英晶振的激励等级可以按照晶振的各种工作状态下的消耗电力,或按照电流的等级来进行表示(参阅图9, 10和图11)。如 果利用过大的电力来使晶振工作,有可能产生频率不稳定等特性的恶化,以及导致石英芯片破损的危险。在使用之前,建 议进行电路设计时,确认一下所使用的激励等级不超过绝对最大激励等级。

展示晶体单元特性的技术图表：图 9 展示了电气等效电路；图 10 插图说明了使用反相器和电阻的标准振荡电路；图 11 提供了基于电流和电阻计算驱动功率（Drive Level）的模型。这些图表强调了正确进行电路设计对于确保元器件可靠性的重要性

振荡频率和负载容量 (CL)


负载容量 (CL) 是用来决定在振荡电路中晶振频率的参数,从加在振荡电路中晶振两端的电容可知负载容量(参阅图12)。 因振荡电路的负载容量的不同,晶振的频率会相应地产生变动。为了获得目标的频率精度,必须使晶振与负载容量相匹 配。在使用时,请根据相应晶振的负载容量,将振荡电路的负载容量设定为与其相符。

关于负载电容 (C_L) 的技术图表：图 12 展示了振荡电路并解释了如何计算负载电容，其中包括杂散电容的影响。图 13 所示的图表说明了频率偏差随负载电容值的变化而改变。这些图表强调了将电路的负载电容与晶体单元进行匹配对于确保频率准确性至关重要。

振荡宽限

用于评估振荡裕度的振荡电路技术图（图 14）：图中展示了一个与晶体单元串联的可变电阻 ($R_x$)，以及反相器、反馈电阻和负载电容。该设置通过调节 $R_x$ 的阻值来测定电路的负阻。这种方法对于评估振荡回路的稳定性和可靠性至关重要

为了使石英晶振在振荡电路中可以稳定地发生振荡,电路的负性电阻与晶振的等效串联电阻相比,必须具有充分大的容 量(振荡宽限要大)。建议将振荡宽限设置为晶振的等效串联电阻的5倍以上。

振荡宽限评价方法的示例 
与晶振串联连接上纯电阻 Rx,确认振荡的开始或结 束。缓慢地使 Rx 值逐渐变大 , 开始或结束振荡时 的最大电阻 Rx 加上晶振的有效电阻 Re,就是该电 路的大概负性电阻的数值。

负性电阻 |- R| = Rx + Re

|−R| 为晶振的等效串联电阻的最大值 (R1 max.) 的 5 倍以上。
*Re 为振荡时的有效电阻值。
Re = R1 (1 + CO/CL ) 2

关于频率温度特性例

展示音叉晶体单元频率温度特性的技术图表：该曲线呈现开口向下的抛物线形状，其顶点（频率偏差为零）位于 25°C。图表说明了频率偏差如何随着温度偏离转折点（Turnover Point）而逐渐增大。这是衡量晶体在不同环境温度下计时精度的关键指标

音叉型石英晶振的频率温度特性如左侧的曲线图所 示,显示了以+25°C为顶点的负向2次方程曲线。 温度范围越宽,则频率的变化量也越大,因此,需要 考虑一下所使用环境的温度范围和必要的精度。

[频率温度特性的近似公式]
f_tem = B(T-Ti) 2 
B : 二次温度系数
T : 任意的温度
Ti : 顶点温度

 

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