選擇晶體振盪器必須考慮的5件事… | osc振盪器

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一些典型的用途包括:作為時脈,用於同步操作的數位系統中;用於接收器或發射器的穩定RF訊號;用於精確測量的準確頻率參考;或用於精確計時的即時時脈。

系統規格以及振盪器必須如何發揮作用,將決定晶體振盪器的大多數參數。

振盪器中的關鍵元件是諧振器,它將控制頻率,以及確定所能實現的穩定度。

儘管採用電感-電容(LC)或電阻-電容(RC)諧振器實現的簡單振盪器可滿足一些應用的要求,但是添加石英晶體將可大幅地將元件的頻率穩定度提高好幾個數量級,而且所需的成本通常很小。

輸出頻率任何振盪器最基本的屬性都是它所產生的頻率。

根據定義,振盪器是接受輸入電壓(通常為直流電壓)並在某一頻率下產生重複交流(AC)輸出的元件。

所需的頻率由系統類型以及如何使用該振盪器所決定。

【講座報名】CMOS圖像感測器解決如何解決3D感測應用中的挑戰有些應用需要kHz範圍的低頻晶體。

常見的例子是32.768kHz的手錶晶體。

但是大多數的現有應用都需要更高頻率的晶體,範圍大約從不到10MHz到大於100MHz之間。

頻率穩定度和溫度範圍所需的頻率穩定度由系統的要求決定。

振盪器的穩定度可簡單地表述為:由於某些現象引起的頻率變化除以中心頻率。

公式為:穩定度=頻率變化÷中心頻率例如,如果振盪器輸出頻率為10MHz,而且隨溫度變化了10Hz,則其溫度穩定度為:10/10,000,000=1×10-6=1ppm。

晶體振盪器的典型穩定度可以在100ppm至0.001ppm之間。

頻率穩定度通常視應用需求決定,並進而確定所需要的晶體振盪器類型。

振盪器必須工作的溫度範圍是確定可達到穩定度的主要因素。

晶體振盪器類型簡單晶體振盪器(XO):這是最基本的類型,其穩定度完全由晶體諧振器本身的固有特性決定。

在MHz範圍內的較高頻率晶體由石英棒製成,其製造方式是即使環境溫度在-55℃至+125℃(-67°F至+257°F)之間變化,也可提供相對穩定的頻率。

即使在這麼寬的溫度範圍內,適當切割的石英晶體也可實現±25ppm的穩定度。

與諸如隨溫度變化可達1%(10,000ppm)或更高的LC振盪電路等其它被動諧振器相較,晶體振盪器的性能已大幅提升了。

但對於某些應用來說,即使25ppm也不夠好,因此必須採用額外措施。

溫度補償晶體振盪器(TCXO):如果固有頻率與石英晶體的溫度穩定度無法滿足應用要求,就可以採用溫度補償單元。

TCXO使用溫度感測元件以及產生電壓曲線的電路,在整個溫度範圍內,該電壓曲線與晶體的頻率變化趨勢完全相反,所以可理想地抵消晶體的漂移。

根據TCXO的類型和溫度範圍,TCXO的典型穩定度規範範圍為小於±0.5ppm至±5ppm。

恆溫控制晶體振盪器(OCXO):對於某些應用,TCXO的頻率-溫度穩定度指標仍無法滿足要求。

在這些情況下,可能需要OCXO。

顧名思義,具有烤腔的振盪器將晶體加熱到更高溫度,但仍受控制,使得環境溫度即使變化大,晶體的溫度也保持穩定。

由於晶體的溫度和振盪器的敏感部份變化很小,頻率-環境溫度穩定度得到顯著改善。

在環境溫度範圍內,OCXO的穩定度可以達到0.001ppm。

然而,這種穩定度的提升是以增加功耗為代價的,將熱量提供給烤腔當然需要能量。

典型的OCXO可能需要1到5W的功率以維持內部溫度。

在開機後,還需要等待溫度和頻率穩定的暖機時間,取決於晶體振


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