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Fox Quartz Crystal設(shè)計與制作，美國FOX公司是一家超級注重于品質(zhì)的元器件供應(yīng)商，為了好的品質(zhì)不惜一切代價在一個小細節(jié)上面死磕，只為了讓用戶好的體驗，憑借著精湛的工藝，卓越的性能，過硬的品質(zhì)使得其在行業(yè)之中得到無數(shù)的稱贊，隨著不斷增長的需求，福克斯公司意識到新的機會來臨，便利用長期積累的經(jīng)驗，針對新的需求開發(fā)高質(zhì)量低成本的石英晶振，產(chǎn)品具有輕薄小低功耗低損耗的特點，比較適合用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，智能產(chǎn)品，電子數(shù)碼等領(lǐng)域.

晶體僅在最終應(yīng)用中提供頻率選擇元件。有外部并且需要增益級來實現(xiàn)最終所需的時鐘信號。這個晶體頻率范圍通常被認為小于160MHz。這個頻率以上的晶體需要復(fù)雜的電路設(shè)計，調(diào)諧困難，需要專門的高頻晶體。

需要提供CMOS或BJT增益級，有許多可接受的配置。這個該級的輸入和輸出阻抗會影響電路Q。放大器噪聲水平會影響這兩者相位噪聲和抖動。該級如何在有源增益區(qū)偏置對振蕩器至關(guān)重要啟動。此外，該階段的帶寬會影響啟動特性。如果振蕩器電路為了在泛音上操作晶體，放大器中需要一個頻率選擇裝置電路，以確保電路在所需的晶體泛音處僅具有所需的增益和相移。
振蕩器電路在晶體諧振時產(chǎn)生交流電流。此交流電流或驅(qū)動器液位必須低于臨界值，否則晶體可能會損壞。過大的電流會導(dǎo)致晶體運動超過彈性極限而斷裂。XY切割（音叉）32.768KHz手表晶體必須限制在約5µA或更小，否則晶體的尖端將斷裂。
>1MHz的SMD無源晶體通常是AT切割晶體。這些設(shè)備可以容忍較寬的驅(qū)動器級別范圍在達到毫瓦驅(qū)動水平之前，不會發(fā)生斷裂。增加的老化可能發(fā)生在更高的µW驅(qū)動范圍。過度驅(qū)動晶體會激發(fā)不想要的振動模式。這些可以導(dǎo)致在不同的狹窄溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴重的頻率跳躍。
在大多數(shù)情況下，晶體在無功負載下運行。這樣可以調(diào)整最終最終應(yīng)用中的頻率。這通常需要校正頻率變化與水晶的時間。CLOAD值決定了頻率與負載電容的靈敏度。AT切割晶體對于低值可以具有30ppm/pF的靈敏度。使用更高的負載值電容降低了靈敏度，但增加了振蕩啟動的難度。CLOAD溫度特性可以改變振蕩器的頻率對溫度的響應(yīng)。
晶體的頻率響應(yīng)由晶體穿過原子的切口決定石英晶體的平面。這導(dǎo)致了穩(wěn)定且可重復(fù)的溫度響應(yīng)。這個曲線圖顯示了AT切割晶體的不同切割的頻率-溫度響應(yīng)。每個曲線有2分鐘的弧度不同。

每條曲線是通過石英晶體的原子平面的切割的2分鐘弧的變化。

晶體有許多參數(shù)需要指定，以確保接收到符合最終應(yīng)用程序要求。
•頻率
•校準，設(shè)定點為25°C

•CLOAD
•穩(wěn)定性，頻率與25°C溫度的關(guān)系
•工作溫度范圍
•Cl的最大ESR，晶體諧振電阻
•C0范圍，引腳間電容
•LMOTIONAL或CMOTIONAL，設(shè)置晶體的拉出能力
•驅(qū)動級別
•頻率和電阻的驅(qū)動電平依賴性（DLD）
•老化
•絕緣電阻
還有其他規(guī)范，如每°C允許的最大頻率變化，或平滑曲線允許的最大響應(yīng)（擾動控制）。

進貨檢驗或測試需要專用設(shè)備：
•晶體阻抗計（CI計）
•具有特殊測試夾具和軟件的網(wǎng)絡(luò)分析儀
電路板布局對于實現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。以下是一些注意事項：
•導(dǎo)線長度必須盡可能短。
•晶體引線阻抗高，對噪聲非常敏感。
•電容器和晶體封裝的接地節(jié)點不得涉及循環(huán)噪聲源的電流。
•如果引線上的泄漏路徑低于500K歐姆，這可能會影響振蕩器的啟動并且還將使頻率偏移多達幾個ppm。

康納溫菲爾德石英晶體振蕩器介紹，優(yōu)秀的Connor-winfield晶振公司憑借其50多年的歷史以及豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗和技術(shù)服務(wù)，不斷的更新創(chuàng)造更具有價值的頻率控制產(chǎn)品。并通過自身的不懈的努力，打磨優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，產(chǎn)品具有高精度，高頻率，高性能，小體積，高溫度，低抖動等特點，產(chǎn)品包含溫補晶振，壓控晶振，石英晶體振蕩器等產(chǎn)品。盡管引及了競爭性諧振器技術(shù)，但與目前可用的任何其它頻率控制技術(shù)相比，基于石英的振蕩器在長期和短期穩(wěn)定性精度以及低抖動和低相位噪聲信號生成方面繼續(xù)提供最高水平的性能。

大多數(shù)IC帶有內(nèi)置有源晶體振蕩器電路采用Gated-Pierce設(shè)計，其中振蕩器是圍繞單個CMOS反相門構(gòu)建的。對于振蕩器的應(yīng)用這通常是一個單一的反相包括一個P通道和一個N通道的級增強型MOSFET，更常見在數(shù)字世界中，作為一個無緩沖逆變器（見圖。1） 。可以使用緩沖逆變器（通常包括三個串聯(lián)的P-N MOSFET對），但是數(shù)千的相關(guān)收益將導(dǎo)致可能不太穩(wěn)定的成品振蕩器。

一個實用的振蕩器電路如圖2所示包括所述未緩沖反相器、兩個電容器，兩個電阻器和石英晶體。了解如何該振蕩器工作CMOS反相門必須被視為具有增益、相位和傳播延遲約束，而不是作為邏輯設(shè)備使用1和0。康納溫菲爾德石英晶體振蕩器介紹

圖3顯示了直流傳輸特性（Vin與。Vout）和未緩沖的DC偏置點線HCMOS逆變器74HCU04。在3.3V和1M? 對于Rf，逆變器將與其輸入和輸出一起放置電壓約為1.65V。這種逆變器現(xiàn)在被認為是在其線性區(qū)域中被偏置。輸入的微小變化電壓將被增益放大，并顯示為輸出電壓的變化較大。

圖4顯示了一組典型的開環(huán)增益曲線相同的74HCU04。在3.3V時，逆變器的增益為20（26 dBV）從DC到2MHz，具有3dB衰減頻率為8.5MHz，并且看起來仍然具有增益超過100MHz。
為了將這種偏置反相門用作振蕩器，它必須具有足夠的增益克服了反饋網(wǎng)絡(luò)的損耗（圖中的C1、C2、Rlim和石英晶體。2） ，振蕩頻率下的負電阻足以超過晶體等效串聯(lián)電阻，以及整個電路周圍的相移360度。人們很容易想到這種74HCU04逆變器可以用來制造工作頻率超過100MHz的振蕩器，因為它在3.3V時有足夠的增益，但實際上由于各種振蕩器環(huán)路周圍的相移。
該電路的分析很難概括，因為它非常依賴于家族所使用的CMOS門以及該特定CMOS家族的內(nèi)部構(gòu)造。全部的CMOS反相門具有輸入電容、輸出電容和輸出“電阻”和傳播延遲，所有這些都會影響C1、C2和Rlim的選擇如圖2所示，并最終確定OSC晶振的較高工作頻率。選擇偏置電阻器Rf通常在1M之間? 和10M?, 降低一個值將有效出現(xiàn)在水晶上，并可能導(dǎo)致水晶在雜散或泛音頻率。康納溫菲爾德石英晶體振蕩器介紹.
考慮一個ESR為15的20MHz晶體?, 3pF的C0，需要負載電容為20pF，晶體功耗約為100µW。

從20pF的期望負載電容開始，這可以近似為C1+柵極輸入電容（1至5pF是典型值）與C2串聯(lián)。C1的比率至C2將影響增益和晶體功率耗散。一個好的起點是C1≈C2。為了增加環(huán)路增益（并降低晶體功耗），使C1＜C2。這對于負載電容為20pF，柵極具有~3pF的輸入電容。

本應(yīng)用筆記主要介紹了將32.768K晶振連接到實時時鐘(RTC)的晶體選擇和布局技術(shù).它還提供有關(guān)振蕩器電路設(shè)計標準,系統(tǒng)設(shè)計和制造問題的信息.振蕩器是皮爾斯型振蕩器的CMOS反相器變體.圖1顯示了一般配置.這些RTC包括集成負載電容(CL1和CL2)和偏置電阻.皮爾斯振蕩器利用以并聯(lián)諧振模式工作的晶體.并聯(lián)諧振模式中使用的晶體被指定為具有特定負載電容的特定頻率.

石英晶體振蕩器的輸出頻率可以是基波諧振頻率,也可以是該諧振頻率的倍數(shù),稱為諧波頻率.諧波是基頻的精確整數(shù)倍.但是,像許多其他機械諧振器一樣,晶體表現(xiàn)出幾種振蕩模式,通常是基頻的奇整數(shù)倍.這些被稱為"泛音模式",振蕩器電路可以用來激勵它們.泛音模式的頻率近似,但不是基模頻率的奇整數(shù)倍,因此泛音頻率不是基模的精確諧波.

為了石英晶體振蕩器的設(shè)計和工程成功,設(shè)計工程師必須首先了解石英晶振.晶體作為振蕩器電路中的最高Q分量,對電路的影響最大.因此,正確指定晶體對于設(shè)計良好的振蕩器至關(guān)重要.這個迷你引物將涵蓋石英晶體中一些最容易被誤解的參數(shù).圖1顯示了晶體諧振器的等效電路.

這些石英晶體振蕩器非常穩(wěn)定,具有良好的品質(zhì)因數(shù),尺寸小,非常經(jīng)濟.因此,與諸如LC電路,轉(zhuǎn)向叉等的其他諧振器相比,石英晶體振蕩器電路是優(yōu)越的.通常,8MHz晶體振蕩器用于微處理器和微控制器.等效電路也代表晶體的晶體作用.電路中使用的基本元件,電感L1代表晶體質(zhì)量,電容C1代表柔量,電阻R1代表晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)摩擦,C0代表晶體機械成型所形成的電容.

到2022年,全球晶體振蕩器市場規(guī)模估計將達到32億美元,從2016年到2022年的復(fù)合年增長率為5.8％.晶體振蕩器電路是一種諧振裝置,它使用壓電石英晶體諧振器通過機械振動產(chǎn)生精確頻率的電脈沖.由于晶體振蕩器的優(yōu)點,例如將機械振動轉(zhuǎn)換成電脈沖,反之亦然,在這些晶體中使用壓電材料.這些優(yōu)點拓寬了晶體振蕩器的應(yīng)用領(lǐng)域.晶體振蕩器是一種電子振蕩器/頻率振蕩器,可產(chǎn)生一定頻率的振蕩.這些晶體用于數(shù)字設(shè)備,例如集成電路,無線電發(fā)射器和手表,以產(chǎn)生時鐘信號.

石英晶體振蕩器中的抖動顧名思義,RJ(隨機抖動)指的是不可預(yù)測的抖動元素,可以基于器件本身的固有特性或由于熱噪聲等的影響而自然誘發(fā).隨著時間的推移,RJ特征越來越廣.參考信號源的實際抖動是由用作參考時鐘源的振蕩器引起的對RJ有貢獻的元素.在其他系統(tǒng)中,DJ歸因于電路板PSU噪聲,串擾和電纜設(shè)計的影響導(dǎo)致頻帶不足,而RJ歸因于專用集成電路噪聲.系統(tǒng)設(shè)計者的任務(wù)是改進專用集成電路設(shè)計或改變電路板布局和組件,以減少TJ.市場上振蕩器(參考信號源)的[結(jié)構(gòu)和特性]從以上部分可以看出,保持信號質(zhì)量需要選擇不受噪聲或抖動影響的參考時鐘源.接下來,我們回顧目前市場上振蕩器的結(jié)構(gòu)(類型)和特性.