采购一款晶振最基本的信息需要知道哪些?

我们在采购产品时通常销售人员都会问我们一些信息,以帮助我们能够快速的找到我们所需求产品.那么在选购石英晶振,贴片晶振时,最基本的信息需要知道哪些呢?

1.以kHz或MHz为单位的频率-最好是六位小数,除非另有说明,否则有效数字之后的任何内容都将被视为零.

2.产品的尺寸大小,也就是晶振的体积了.

3.调整（有时称为校准）容差（ppm）.

4.工作温度范围内的温度稳定性（ppm）.

5.工作温度范围为摄氏度,所需要达到的温度范围.

6.负载电容或者以pF或串联谐振（SR）并联谐振,如果是有源晶振则需要知道电源电压V是多大的.

为了获得稳定的振荡,通常情况下石英晶体单元与振荡电路的匹配十分重要.若电路结构与晶体单元的匹配中存在问题,就会产生频率不够稳定、停止起振或振荡不稳定等问题.石英晶振晶体单元与微机一起使用时,需要评估振荡电路.确认石英晶体单元与振荡电路的匹配之际,至少要对振荡频率（频率匹配）、振荡裕度（负阻抗）和激励功率的三项进行评估.本次将说明确认石英晶体单元和振荡电路匹配性的评估工作.

【1】 评估振荡频率（频率匹配）之前的准备

一般,石英晶体,晶振生产商基于电路设计方所提出的石英晶体单元振荡频率（FL）、负载电容（CL值）和振荡频率可容误差（Δf）的三项数据,根据晶振负载电容（CL值）使晶体单元起振,并调整振荡频率和可容误差.需要注意的是,事先指定的负载电容（CL值）中没有考虑实际的基板中因各种因素而产生的电容（杂散电容）.杂散电容是造成振荡频率精度下降的因素之一,所以应当考虑到其影响,或者让石英晶振晶体生产商更改石英晶振晶体单元的振荡频率,或者由电路设计方重新调整杂散电容.这是振荡频率匹配工作的大致框架.

在实际评估匹配之前,请确认评估用石英晶体单元的以下三项参数：

1.标准负载电容值

负载电容是在振荡电路中从石英晶体单元的两端来看振荡电路时的电容.原则是电路设计方所指定的数值.

2.标准负载电容的石英晶体单元振荡频率（FL）
振荡频率（FL）指以标准负载电容的振荡电路驱动石英晶振时的振荡频率.使用室温条件下的数据,不考虑杂散电容等因素.

3.石英晶体单元的等效电路常数

指不考虑等效串联阻抗（R1）、等效串联电容（C1）、等效串联电感（L1）、等效并联电容（C0）和负载电容的石英晶体单元自身的振荡频率（Fr）等常数.

测试石英晶振等效电路常数时通常使用电感测试器或网络分析仪.使用网络分析仪测试石英晶体单元后得出等效电路定数的方法最为理想.但是,由于设备不全等原因而不能由电路设计方进行晶振单元的测试时,建议电路设计方向所购买的晶体单元生产商提出测试要求.

【2】 振荡频率（频率匹配）的评估

这里开始进入实际评估工作.

首先确认石英晶体单元（评估用晶体单元）和振荡电路一起安装在基板的状态下的振荡频率.

这被称为“确认频率匹配状况”.掌握安装在基板上时的振荡频率和标准负载电容时的振荡频率之差,就能够确认基板的实际电容（电路侧电容）与事先指定的标准电容之间所产生的偏差.这里所指的基板电容包括从石英晶振,贴片晶振看振荡电路时的电容（负载电容）,也包括起因于基板导电图案等的杂散电容.
其次准备评估石英晶体单元和振荡电路的匹配所需测试仪器.

评估所需基本测试仪器有直流电源、频率计、示波器、FET 探针和电流探针等.

晶振频率匹配,石英晶体振荡电路评估

首先把 FET 探针放在石英晶体单元的HOT端子上,示波器中显示波形、频率计显示频率.

例如,不考虑负载电容的石英晶体单元的振荡频率（Fr）为12MHz 时,若其标准负载电容时的振荡频率（FL）为12.000034MHz,假设将该石英晶体单元安装在基板上后使用 FET 探针实际测试得出的振荡频率（FR）为12.000219MHz,就可以得出两者（在基板上实装石英晶体单元后的振荡频率（FR）与标准负载电容时石英晶体单元的振荡频率）之间的差为+185Hz,出现了+15.4ppm的差异.

这个差越接近零,频率精度越高.使上述FR和FL的差接近零的方法有两种.

第一种方法是从石英贴片晶振生产商处购买振荡频率（中心频率）比现在偏移+15.4ppm的石英晶体单元.另一种方法是对振荡电路的负载电容进行微调整,以此得到相应的振荡频率.

石英晶体振荡器的另一种常见设计是皮尔斯振荡器.Pierce石英晶体振荡器与以前的Colpitts振荡器在设计上非常相似,非常适合使用晶体作为其反馈电路的一部分来实现晶体振荡器电路.

皮尔斯振荡器主要是串联谐振调谐电路（与Colpitts振荡器的并联谐振电路不同）,它使用JFET作为主放大器,因为FET的输入阻抗非常高,石英晶体振荡器通过电容C1连接在漏极和栅极之间,如下所示.

在这个简单的电路中,石英晶体确定振荡的频率,并且在其串联谐振频率下操作,ƒs给予的输出和输入端之间的低阻抗路径.共振时有180 °相移,使反馈成为正向.输出正弦波的幅度被限制在漏极端子处的最大电压范围.

电阻R1控制反馈量和石英晶振晶体驱动,而射频扼流圈两端的电压RFC在每个周期反转.大多数数字时钟,手表和计时器以某种形式使用Pierce振荡器,因为它可以使用最少的组件来实现.

除了使用晶体管和场效应晶体管外,我们还可以通过使用CMOS反相器作为增益元件,创建一个类似于皮尔斯振荡器的简单基本并联谐振晶体振荡器.基本的石英晶体振荡器由一个反相施密特触发器逻辑门组成,如TTL 74HC19或CMOS 40106,4049型,一个电感晶体和两个电容.这两个电容决定了晶体负载电容的值.

串联电阻有助于限制石英晶振晶体中的驱动电流,并将逆变器输出与由电容石英晶体网络形成的复阻抗隔离.74HC19或CMOS 40106,4049型,一个电感晶体和两个电容.这两个电容决定了贴片晶振负载电容的值.串联电阻有助于限制石英晶体中的驱动电流,并将逆变器输出与由电容晶体网络形成的复阻抗隔离. 

传统的压电晶体单元(如HC-49/U座的封装)通常使用带有圆形电极的圆形石英谐振板.利用真空下的金属沉积,将电极应用于石英晶振板表面.通过使用覆盖所有板块的面具来确保适当的放置,除了被电的区域.这些面具通常由三部分组成:一个中间部分有一个用来放置盘子的鸟巢,以及为电极提供孔洞的上下部分.当制作这样的面具时,很容易改变决定电极尺寸的光圈;因此,可以将各种各样的电极尺寸应用到特定直径的谐振板上.如上所述,电化区域的大小决定了石英晶振的工作参数,因此可以指定这些参数以适合于特定的应用程序.

例如,对于要求具有高可靠性的石英晶体的应用程序来说,将电极应用于这样的石英晶体谐振器是很简单的.相反,如果要避免拉拔力,避免这种情况的电极很容易设计.如果应用程序所需的电极和谐振板一样大,甚至比谐振板大,那么通常可以在指定的支架上使用较大的板.

虽然理论上可以将相同的设计和制造技术应用到带石英贴片晶振,晶体谐振器上,但实际操作起来却不太实际.四边形谐振器是大批量生产以满足高需求的;标准化对高效生产力至关重要.在四边形电极的沉积中使用的四边形掩模很难制造,因此制造商不太可能愿意在很大程度上定制它们.

此外,定制的程度受到四边形板的局限性的严重限制:那些放置在板上的尺寸上的物品,以及那些需要避免耦合模式的需要.晶振电极和电极的尺寸的限制反过来限制了分流和运动电容的数值范围和运动电感,最终影响晶振电阻的值.