當(dāng)嵌入式計(jì)算機(jī)的空間有限時(shí)，顯而易見的解決方案是使用設(shè)計(jì)非常小的石英晶體。然而，許多應(yīng)用板仍然發(fā)布了非常大的晶體。因此，您仍然可以在這些微控制器的應(yīng)用說明中找到較大晶體的電氣規(guī)格。這些通常是金屬包裝中的晶體，如HC-49/KX-3H或HC-49/SMD。如果使用更小的晶體，就不能再滿足這樣的規(guī)格。當(dāng)用戶面臨重新設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的決策時(shí)，這可能會(huì)讓他們感到不安。本篇文章將試圖強(qiáng)調(diào)大小石英晶體之間的差異，并提供實(shí)用的建議確定最佳石英尺寸。

圖1:現(xiàn)代SMD晶體在舊設(shè)計(jì)的石英之上"HC-49" (3.2 x 2.5 mm或13 x 10 mm)。容納石英盤的體積要小得多。這對(duì)電性能有影響，必須考慮到這一點(diǎn)。

低ESR——小型設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

圖1顯示了陶瓷封裝中現(xiàn)代SMD石英后面的老式“HC-49”石英設(shè)計(jì)。由于體積的高度減小，電行為的后果是顯而易見的。盡管改進(jìn)了生產(chǎn)方法，但HC-49的低諧振電阻并不能在每一個(gè)較小的封裝中實(shí)現(xiàn)。內(nèi)石英盤越小，諧振電阻(ESR)越高。同時(shí)，晶體的功率處理能力較低。兩者都是以振蕩儲(chǔ)備為代價(jià)的。因此，振蕩器電路應(yīng)與晶體結(jié)構(gòu)最佳匹配

非常小的晶體只能從8MHz開始

小石英晶體只有在8MHz以上可用，這個(gè)最小頻率隨著封裝變小而增加。這是由于在每個(gè)晶體的邊緣的自然干涉和不希望的振蕩模式。如果不適當(dāng)?shù)匾种七@些干擾，就會(huì)產(chǎn)生假共振。在低頻時(shí)，石英圓盤的厚徑比較大，邊緣效應(yīng)的抑制變得更加困難。

圖2:不同尺寸的可用頻率。

藍(lán)牙等應(yīng)用的嚴(yán)格容差

對(duì)于通常的時(shí)鐘應(yīng)用，對(duì)石英晶體振蕩器沒有特殊要求。情況不同了，然而，當(dāng)發(fā)射器和接收器必須相互調(diào)諧時(shí)，例如藍(lán)牙的情況。對(duì)于使用晶體的電路，藍(lán)牙需要特別窄的公差(+/- 20ppm)的技術(shù)限制，振蕩晶體正好是這個(gè)規(guī)格(即+/- 10ppm在25°C加上+/- 10ppm在溫度范圍內(nèi))。甚至雖然該技術(shù)在不斷發(fā)展，但仍能在有限程度上達(dá)到所要求的公差小尺寸，如表1所示。

表1:可用于藍(lán)牙的各種晶體的溫度范圍(即25°C時(shí)+/-10 ppm，溫度時(shí)+/-10 ppm 范圍)。頻率是13MHz

晶體越大，拉晶靈敏度越高

石英晶體和振蕩器的特點(diǎn)是拉力公差，即:

1. 與動(dòng)態(tài)電容C1成正比。盒子越大，晶體和可能的C1就越大。

2. 與(C0 + CL)的平方成反比。因此，較小的CL會(huì)導(dǎo)致更高的繪制靈敏度。然而，太小的標(biāo)稱負(fù)載電容會(huì)使用戶難以調(diào)整所需的標(biāo)稱頻率或降低頻率穩(wěn)定性。

表2顯示了常見振蕩晶體的典型繪制靈敏度?？梢钥闯?，可實(shí)現(xiàn)的拉靈敏度隨著封裝的增大而增加。最后兩列也顯示了在更小的負(fù)載電容下提高的繪制靈敏度。

此外，很明顯，繪制靈敏度隨著頻率的增加而增加——在更高的頻率下可以實(shí)現(xiàn)更大的C1。

表2:不同尺寸振蕩晶體的拉靈敏度，負(fù)載電容與本設(shè)計(jì)中的典型值相對(duì)應(yīng)。

如今，尺寸更小、功耗更低的重新設(shè)計(jì)或新設(shè)計(jì)已經(jīng)司空見慣。然而，物理學(xué)仍然在晶體制造中起著重要作用，因此必須考慮ESR、CL和拉晶敏感度的影響在一個(gè)好的，面向未來的設(shè)計(jì)中考慮到。請(qǐng)聯(lián)系我們您的要求-我們將支持您的設(shè)計(jì)。

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