晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计.pdf

晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计 I 目录 1.文档简介………………………………………………………………………………………………………………3 2.晶体振荡电路的工作原理……………………………………………………………………………………3 2.1石英晶体特性……………………………………………………………………………………………3 2.2并联型晶体振荡电路………………………………………………………………………………………4 2.3串联型晶体振荡电路……………………………………………………………………………………6 3.时钟的重要参数…………………………………………………………………………………………………………6 4.晶体振荡器种类………………………………………………………………………………………………………11 4.1普通晶体振荡器…………………………………………………………………………………………11 4.2温度补偿晶体振荡器…………………………………………………………………………………12 4.3恒温晶体振荡器………………………………………………………………………………………14 5.1晶体电路设计器件说明及选择…………………………………………………………………………15 5.2PCB布局设计………………………………………………………………………………………………16 6.晶体常见问题举例……………………………………………………………………………………………………16 6.1不起振问题分析与解决……………………………………………………………………………………16 6.2频偏过大……………………………………………………………………………………………………17 7.总结…………………………………………………………………………………………………………………17 附录一相关公式推导一……………………………………………………………………………………………18 附录二相关公式推导二……………………………………………………………………………………………20 ⅡI 1.文档简介 本文主要介绍了晶体振荡电路的工作原理，时钟的重要参数，晶体振荡器的种类，晶体电路设计 及晶体常见问题的举例。 2.晶体振荡电路的工作原理 晶体(石英晶体)振荡电路主要由主振电路和石英谐振器组成，主振电路将直流能量转换成交 流能量，振荡器频率主要取决于石英晶体谐振器。振荡电路一般采用反馈型电路，按晶体在振荡电路 中的作用，又可以分为串联型晶体振荡电路和并联型晶体振荡电路。本章首先介绍石英晶体的特性， 然后分别介绍并联型晶体振荡电路和串联型晶体振荡电路的结构及工作原理。 2.1石英晶体特性 晶体(石英晶体)之所以能作为振荡器产生时钟，是基于它的压电效应：所谓的压电效应是指电 和力的相互转化，即，如果在晶体的两端施加压缩或拉伸的力，晶体的两端会产生电压信号；同样 的，在晶体的两端施加电压信号，晶体会产生形变。而且这种转化在某特定的频率上效率最高，此频 率(由晶片的尺寸和形状决定)即为晶体的谐振频率。 实际应用的晶片是由石英晶体按一定的方向切割而成的，晶片的形状可以各种各样，如方形、 矩形或圆形等。由于晶体的物理性质存在各向差异性，相同的晶体按不同晶格方向切下的晶片，会产 生不同的物理特性。因此，晶体的切割方法是非常重要的，对石英晶体来说，有 的有AT切和SC切。将晶片的两个表面抛光，涂敷上银层，然后作为两个极引出管脚，再加以封装， 就构成了常用的石英晶体谐振器。每个晶片都有其固有的谐振频率，其值与晶片的尺寸成反比，晶片 越薄其固有谐振频率越高。由于晶片能承受的机械强度是有限的，其厚度的最小值也是有限的。 图2.1所示图形从左至右分别为石英晶体的代表符号、等效电路以及其电抗频率特性示意图。等 效电路中Co为切片与金属板构成的静电容，它的大小与晶体的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个 pF到几十pF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般L的值为几十mH到几百mH。 耗则用电阻R来表示，它的数值一般为几十Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回 路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几 何