闲情谈CD机的晶振

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晶振择的选:

注意某些参数，设计工程师即可选择到适合应用的振荡器
----今天无数电子线路和应用需要精确定时或时钟基准信号。晶体时钟振荡器极为适合这方
面的许多应用。
----时钟振荡器有多种封装，它的特点是电气性能规范多种多样。它有好几种不同的类型：
电压控制晶体振荡器（VCXO）、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、恒温箱晶体振荡器（OCXO），
以及数字补偿晶体振荡器（DCXO）。每种类型都有自己的独特性能。
----频率稳定性的考虑----
晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它是决定振荡器价格的重要因素。稳定
性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。
----设计工程师要慎密决定对特定应用的实际需要，然后规定振荡器的稳定度。指标过高意
味着花钱愈多。
----对于频率稳定度要求±20ppm 或以上的应用，可使用普通无补偿的晶体振荡器。对于成
于±1 至±20ppm 的稳定度，应该考虑TCXO 。对于低于±1ppm 的稳定度，应该考虑OC
XO 或DCXO 。
----输出----
必需考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压稳定度、负载稳定性、功耗、封装
形式、冲击和振动、以及电磁干扰（EMI）。晶振器可HCMOS/TTL 兼容、ACMOS 兼容、
ECL 和正弦波输出。每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互补输
出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定。许多DSP
和通信芯片组往往需要严格的对称性（45% 至55%）和快速的上升和下降时间（小于5ns ）。
----相位噪声和抖动----
在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中央频率的1Hz 之内和
通常测量到1MHz 。
----振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO 和OCXO 振荡器以及其
它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出
频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。
----抖动与相位噪声相关，但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可用有效值或峰
—峰值测出。许多应用，例如通信网络、无线数据传输、ATM 和SONET 要求必需满足严
格的拌动指标。需要密切注意在这些系统中应用的振荡器的抖动和相位噪声特性。
----电源和负载的影响----
振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载变动的影响。正确选择振荡
器可将这些影响减到最少。设计者应在建议的电源电压容差和负载下检验振荡器的性能。不
能期望只能额定驱动15pF 的振荡器在驱动50pF 时会有好的表现。在超过建议的电源电压
下工作的振荡器亦会呈现坏的波形和稳定性。
----对于需要电池供电的器件，一定要考虑功耗。引入3.3V 的产品必然要开发在3.3V 下工
作的振荡器。----较低的电压允许产品在低功率下运行。现今大部分市售的表面贴装振荡器
在3.3V 下工作。许多采用传统5V 器件的穿孔式振荡器正在重新设计，以便在3.3V 下工
作。
----封装----
与其它电子元件相似，时钟振荡器亦采用愈来愈小型的封装。例如，M-tron 公司的M3L/M5L
系列表面贴装振荡器现在采用3.2×5.0×1.0mm 的封装。通常，较小型的器件比较大型的
表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折
衷。
----工作环境----
振荡器实际应用的环境需要慎重考虑。例如，高的振动或冲击水平会给振荡器带来问题。
----除了可能产生物理损坏，振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的
扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性振荡器失效。----对于要求特殊EMI 兼容的
应用，EMI 是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的P C 母板布局技术，重要的是选
择可提供辐射量最小的时钟振荡器。一般来说，具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好
的EMI 特性。
----对于70MHz 以下的频率，建议使用HCMOS 型的振荡器。对于更高的频率，可采用ECL
型的振荡器。ECL 型振荡器通常具有最好的总噪声抑制，甚至在10 至100MHz 的较低频
率下，ECL 型也比其它型的振荡器略胜一筹

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晶振电路的原理:　　晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
　　晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
　　一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
　　一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。

　　晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

　　谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。

　　晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。

　　石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。 其特点是频率稳定度很高。


　　石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。


概述

　　微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；基于相移电路的时钟源，如：RC (电阻、电容)振荡器。硅振荡器通常是完全集成的RC振荡器，为了提高稳定性，包含有时钟源、匹配电阻和电容、温度补偿等。图1给出了两种时钟源。图1给出了两个分立的振荡器电路，其中图1a为皮尔斯振荡器配置，用于机械式谐振器件，如晶振和陶瓷谐振槽路。图1b为简单的RC反馈振荡器。






机械式谐振器与RC振荡器的主要区别

　　基于晶振与陶瓷谐振槽路(机械式)的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。相对而言，RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。图1所示的电路能产生可靠的时钟信号，但其性能受环境条件和电路元件选择以及振荡器电路布局的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移(甚至可能损坏)。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。

振荡器模块

　　上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波输出，并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是晶振模块和集成硅振荡器。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高，多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。

功耗

　　选择振荡器时还需要考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定。CMOS放大器功耗与工作频率成正比，可以表示为功率耗散电容值。比如，HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF。在4MHz、5V电源下工作时，相当于1.8mA的电源电流。再加上20pF的晶振负载电容，整个电源电流为2.2mA。

　　陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容，相应地也需要更多的电流。

　　相比之下，晶振模块一般需要电源电流为10mA至60mA。

　　硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能，范围可以从低频(固定)器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。一种低功率的硅振荡器，如MAX7375，工作在4MHz时只需不到2mA的电流。


结论

　　在特定的微控制器应用中，选择最佳的时钟源需要综合考虑以下一些因素：精度、成本、功耗以及环境需求。下表给出了几种常用的振荡器类型，并分析了各自的优缺点。

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:victory: :victory: 明天上上图片吧！

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给SONY337的CD机换晶振。

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[s:65] [s:15]

澳斯卡007

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换换晶振好玩。

徕卡

[s:61]


我用小于1PS的时钟(不是1PPm)。

澳斯卡007

原帖由 徕卡 于 2008-10-23 15:51 发表
[s:61]


我用小于1PS的时钟(不是1PPm)。

[s:20]

路过学习了

tjt111012

建议使用电池对独立晶振供电，
同时做好与其他部分的供电隔离

另外请问徕卡朋友：“1PS”是什么意思？
谢谢！

shuzixile

厉害！1ps----1000GHz=1THz的晶振，即使有听得出来吗？

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原帖由 shuzixile 于 2008-10-23 18:19 发表
厉害！1ps----1000GHz=1THz的晶振，即使有听得出来吗？

误差越低越好，管它是否能听得出来。

洌冽峢

呵呵 好厉害

焊工

楼主的时钟板在那买的?[s:17]

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[s:97] [s:97] 还要继续玩玩CD机晶振。