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石英晶体谐振器术语
石英晶体俗称水晶,成分SiO2,它不仅是较好的光学材料,而且是重要的压电材料。晶体的主要特征是其原子或分子有规律排列,反映在宏观上是外形的对称性。人造水晶在高温高压下结晶而成。在电场的作用下,晶体内部产生应力而形变,从而产生机械振动,获得特定的频率。我们利用它的这种逆压电效应特性来制造石英晶体谐振器。
术语 定义
AT切割 用特殊的切割角度加工晶体的一种切割方法,用这种切割方法加工的晶体有良好的温度特性,是制造石英晶体元件常用的方法。
老化率 石英晶体产品频率相对于时间的稳定性,一般情况下它的变化是几个ppm/年
等效电阻RI 等效电阻(ESR)通常表明石英谐振器在连续振荡中阻抗性能的好坏
调整频差 各种频率可接收的变化范围(一般情况下用ppm表示)
温度频差 石英晶体元件频率随温度变化而变化的特性。不同的切割方法和不同的切割角度都有不同的特性曲线。
石英晶振的类型和大概区分
石英晶体谐振器是由品质因素极高的石英晶体振子(即谐振器和振荡电路)组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等,共同决定谐振器的性能。国际电工(IEC)将石英晶体谐振器分为4类:普通晶体振荡(TCXO),电压控制式晶体谐振器(VCXO),温度补偿式晶体振荡(TCXO),恒温控制式晶体振荡( OCXO)。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡(DCXO)等。
(1)普通晶体谐振器(SPXO)可产生10-5~10-4量级的频率精度,标准频率—100MHZ,频率稳定度是±100ppm。 SPXO没有采用任何温度频率补偿措施,价格低廉,通常用作微处理器的时钟器件。封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。
(2)电压控制式晶体谐振器(VCXO)的精度是10−6~10-5量级,频率范围1~30MHz。低容差谐振器的频率稳定度是±50ppm。通常用于锁相环路。封装尺寸14×10×3mm。
(3)温度补偿式晶体谐振器(TCXO)采用温度敏感器件进行温度频率补偿,频率精度达到10−7~10-6量级,频率范围1—60MHz,频率稳定度为±1~±2.5ppm,封装尺寸从30×30×15mm至11.4×9.6×3.9mm。通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。
(4)恒温控制式晶体谐振器(OCXO)将晶体和振荡电路置于恒温箱中,以消除环境温度变化对频率的影响。 OCXO频率精度是10−7~10-8量级,对某些特殊应用甚至达到更高。频率稳定性在四种类型谐振器。
晶体谐振器优点和缺点
优点:信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的片子,而且价格通常也较低。晶体谐振器的精度为1PPM(百万分之一)至100PPM。
缺点:晶体谐振器是有2个引脚的无极性元件,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。晶体谐振器相对于晶体振荡器而言其缺陷是信号质量较差,通常需要准确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。
晶体谐振器/振荡器的五大优点
1、晶体稳频频率单一不可调,输出频率精度高,温漂时漂都很小,一般射频通讯或遥控载频振荡器、智能系统时基等等都采用晶体振荡器。
2、石英晶体的损耗非常小,即Q值非常高,做振荡器用时,可以产生非常稳定的振荡,作滤波器用,可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。
3、石英钟走时准、耗电省、耐用为其较大优点。
4、随着电视技术的发展,近来彩电多采用500kHz或503kHz的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源,经1/3的分频得到15625Hz的行频,其稳定性和可靠性大为提高。
5、在通信系统产品中,石英晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现,同时也得到了更快的发展。许多性能高的石英晶振主要应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等