石英晶振工作原理、結(jié)構(gòu)是什么?設(shè)計要點有哪些?
石英晶振是用石英材料做成的,是所謂石英晶體諧振器和石英晶體時鐘振蕩器的統(tǒng)稱,是利用石英晶體(又稱水晶)的壓電效應,用來產(chǎn)生高精度振蕩頻率的一種電子元器件。不過由于在消費類電子產(chǎn)品中,諧振器用的更多,所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了,后者就是通常所指鐘振。石英晶振是一種用于穩(wěn)定頻率和選擇頻率的電子元件,起產(chǎn)生頻率的作用,具有穩(wěn)定,抗干擾性能良好的特點。
石英晶振的工作原理
當石英晶體受到壓力時,表面會產(chǎn)生電荷,電荷量和外機械力成正比的關(guān)系。這種現(xiàn)象為壓電效應Piezoelectricity。具有壓電效應的物體稱為壓電體。如果對石英晶片施加壓力,晶片上會產(chǎn)生電荷;反之,對晶片兩端的電極施加電壓時,晶體會產(chǎn)生機械變形。晶片的頻率取決于晶片的切割,尺寸等因素,晶片的Q值越高,頻率越穩(wěn)定。
石英晶振的結(jié)構(gòu)
石英晶振的基本構(gòu)成:在石英晶體上按一定方向切下薄片,在晶體片兩個邊緣處涂上一層銀,用作是其電極,分別在兩個電極上接上引線到管腳處,再加上封裝外殼,就構(gòu)成了石英晶體諧振器。
石英晶振的設(shè)計要點
如何選擇晶體
對于一個高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計,晶體的選擇非常重要,尤其設(shè)計帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功耗)的系統(tǒng)。這是因為低供電電壓使提供給晶體的激勵功率減少,造成晶體起振很慢或根本就不能起振。晶體的選擇至少必須考慮:諧振頻點,負載電容,激勵功率,溫度特性,長期穩(wěn)定性。
如何判斷晶振是否被過分驅(qū)動
電阻RS常用來防止晶振被過分驅(qū)動,過分驅(qū)動晶振會漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍,這將引起頻率的上升??捎靡慌_示波器檢測OSC輸出腳,如果檢測一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合時鐘輸入需要,則晶振未被過分驅(qū)動;相反,如果正弦波形的波峰,波谷兩端被削平,而使波形成為方形,則晶振被過分驅(qū)動,這時就需要用電阻RS來防止晶振被過分驅(qū)動。
如何選擇電容C1,C2
1.因為每一種晶振都有各自的特性,所以最好按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。
2.在許可范圍內(nèi),C1,C2值越低越好。C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定,但將會增加起振時間
3.應使C2值大于C1值,這樣可使上電時,加快晶振起振。
石英晶振主要應用領(lǐng)域
新能源汽車電子、智能機器人、藍牙耳機、移動終端、物聯(lián)網(wǎng)、無人機、汽車電子、航天、北斗、軍工、醫(yī)療、直放站(基站)射頻、RFID、通信設(shè)備等。