晶体技术及相关案例.ppt

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1、晶体技术目录n晶体的基本知识n晶体振荡器设计n案例1-手机上的时间不准n案例2-晶体不起振n案例3-晶体不起振nPCB设计注意事项晶体基本知识-感官认识压电效应n如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。这种物理现象称为压电效应。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振。晶体基本知识-等效模型C0 静态电容，与晶体尺寸大小相关L 动态等效电感C 动态等效电容，相对C0很小R 动态等效电阻，表示谐振器振动时因摩擦而产生的损耗晶体的阻抗可

2、以表示为（假设R可以忽略）相关频率计算(1)当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为(2)当频率高于fs时，R、L、C支路呈感性，当与C0发生并联谐振时，其振荡频率为 晶体振荡器设计反馈及选频网络放大网络放大网络：具有功率增益的放大网络，起振时工作在线性区，将噪声或输入信号进行放大，振荡建立后，工作在非线性区，稳定幅度。选频网络：对各个频点信号进行选择，将谐振点频率信号输出反馈网络：将通过选频网络的频率信号反馈到放大器输入端，形成一个闭环的正反馈系统。反馈式振荡电路起振条件n在晶体振荡电路中，反馈环节由阻容元件组成，必定F(s)1 (A)+(F)=2n平衡条件：|G(s)

3、|=1 (A)+(F)=2n必然满足增幅振荡条件，因此开环增益越大，越容易起振，但开环增益也不能太大，太大会产生寄生振荡。晶体负阻振荡器中，反相器的开环增益对电路的起振特性及稳定性起着关键的作用。设计时关注参数案例1n某手机nATE测试，每天慢4秒钟关键参数负载电容CL的计算n晶体工作时频率：据此，我们可以通过改变负载电容CL的取值来调整频率的输出关键参数负载电容CL的计算n一般情况下：CL=C1，C2一般容值相等案例2-晶体不起振n某单板，上电后单板不起动，串口无打印晶体不起振影响起振的因素-负阻0UIQBv1 v2I1I2负阻特性就是器件的交流电阻为负值在器件呈现负阻特性的区域，该器件不但

4、不消耗能量，而且能够产生能量，晶体振荡电路中，由于晶体等效电阻的存在，需要消耗能量，我们利用放大器的负阻特性给晶体持续提供能量。晶体能够起振：|-R|(510)Rs负阻如何测量负阻的测量通常在晶体和负载电容之间串入一个可变电阻，增大可变电阻阻值，晶体刚刚停振RcR0|-R|=Rc+Rs反向器的负阻特性主要由反馈电阻 Rf，串联电阻 R0，电源电压Vcc,负载电容CL 四个因素影响实际测试，在前面电路的参数设置下实际测试，在前面电路的参数设置下 负阻负阻 210K,ESR 70K,不满足不满足510倍倍反馈电阻Rf频点2.048MHZ12MHZ24MHZESR(ohm)80108.5Rf=470

5、K|-R|=17K|-R|=1.35K|-R|=330 ohmRf=1M ohm|-R|=22K|-R|=1.36K|-R|=390 ohmRf=10M ohm|-R|=30K|-R|=1.5K|-R|=400 ohm从数据可见，Rf越小，反相器的|-R|越小，越不利于起振；但Rf越大，微小的电流就会在反相器两端形成较大压差Rf一般选择 1M10M ohm前面案例Rf已经10M ohm，不能再增大了R0对负阻的影响n从经验数据看，15MHZ以下，R0越大，-R越小前面案例R0已经0 ohm，不能再调整了负载电容的影响n从图中可见，CL越小，负阻越大解决方案RFCL1=CL2频率稳定度-R ESR70K10M15PF10.7PPM210K10M9PF42.7PPM360K10M8PF51.9PPM360K10M5PF78.7PPM680K PCB注意事项n1、晶体要靠近CPU芯片，OSCIN/OSCOUT走线要短，减少寄生电容n2、OSCIN/OSCOUT 和其他信号走线要远一些，避免受到干扰n3、晶体下面不要走其他信号线和打过孔n4、最好用地线将 OSCIN/OSCOUT包起来n5、晶体和负载电容最好同层n晶体下层一般是GND，这块板由于布线资源受限，晶体下层走了很多线，导致信号受到干扰谢谢大家