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ECS陶瓷晶振應(yīng)用說明

來源:http://m.diker.cn 作者:金洛鑫電子 2018年12月14
  曾經(jīng)陶瓷晶振占據(jù)了頻率元件大份額的市場,被廣泛應(yīng)用到廣播音頻,游戲機(jī),電話機(jī),智能體溫計(jì)/血壓計(jì),電視機(jī),遙控器等常見的產(chǎn)品上。亞洲地區(qū)比較有名的陶瓷諧振器制造商是村田,而在歐美也有一家足以與村田媲美的廠家,叫做ECS公司,目前這個(gè)品牌在我國的逐漸為人熟知。ECS晶振是1980年才創(chuàng)立的品牌,總公司在美國,陶瓷諧振器只是其中一個(gè)業(yè)務(wù),所以型號并不是很多,但ECS對待任何產(chǎn)品都始終如一,盡心盡力的做好,接下來是ECS分享的關(guān)于陶瓷晶振的應(yīng)用說明和注意事項(xiàng),由金洛鑫電子整理并提供。
  這是一篇關(guān)于陶瓷晶振比較詳細(xì)的文章,感興趣或有需求的采購和工程可以仔細(xì)閱讀,有任何不明白的地方,歡迎聯(lián)系我司提出疑問,我們將竭誠為您服務(wù),提供免費(fèi)的技術(shù)支持和樣品支持!
ECS陶瓷諧振器型號規(guī)格表:
ECSTCFM.jpg
陶瓷諧振器的工作原理:
  等效電路常數(shù):圖1.2顯示了陶瓷諧振器的符號。端子間的阻抗和相位特性如圖1.5所示。該圖說明諧振器在提供最小阻抗的頻率fr(諧振頻率)和提供最大阻抗的頻率fa(反諧振頻率)之間的頻率范圍內(nèi)變?yōu)殡姼行缘?。它在其他頻率范圍內(nèi)變得具有電容性。這意味著雙端諧振器的機(jī)械振動可以用等效電路代替,該等電路由串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路的組合構(gòu)成,其中包括電感器L,電容器C和電阻器R.在諧振頻率附近,等效電路可以表示如圖1.4所示。fr和fa頻率由壓電陶瓷材料及其物理參數(shù)決定。等效的循環(huán)常數(shù)可以從以下公式確定:
ECSTP1.jpg
  考慮到fr
ECSTP2.jpg
ECSTP3.jpg
基本振蕩電路:
  通常,振蕩電路可以分為以下三種類型:
  1.積極的反饋
  2.負(fù)電阻元件
  3.在陶瓷諧振器,石英晶體諧振器和LC振蕩器的情況下,傳輸時(shí)間或相位的延遲,正反饋是首選電路。在使用LC的正反饋振蕩電路中,通常使用Colpitts和Hartley的調(diào)諧型反耦合振蕩電路。見圖1.7。
  在圖1.7中,使用了最基本的放大器晶體管。
  振蕩頻率與由Colpitts電路中的L,CL1和Cl2組成的電路的諧振頻率大致相同,或者由Hartley電路中的L1,L2和C組成。這些頻率可以用下面的公式表示。
ECST4.jpg
  在陶瓷諧振器振蕩器中,利用陶瓷諧振器代替電感器,利用晶振在諧振和反諧振頻率之間變?yōu)殡姼械氖聦?shí)。最常用的電路是Colpitts電路。這些振蕩電路的工作原理如圖2.1所示。當(dāng)滿足以下條件時(shí)發(fā)生振蕩。環(huán)路增益:G=a:B> 1 相位數(shù):
  在Colpitts電路中,使用180°的反轉(zhuǎn),并且在反饋電路中用L和C反轉(zhuǎn)大于180°。使用陶瓷諧振器的操作可以被認(rèn)為是相同的。
ECSTP4.jpg
  典型的振蕩電路:陶瓷諧振器最常見的振蕩器電路是Colpitts電路。電路的設(shè)計(jì)隨應(yīng)用和要使用的IC等而變化。雖然電路的基本配置與晶體控制振蕩器的基本配置相同,但機(jī)械Q的差異是由電路常數(shù)的差異引起的。一些典型的例子如下。
  設(shè)計(jì)注意事項(xiàng):使用逆變器門將數(shù)字IC配置成振蕩電路變得越來越普遍。下頁的圖3.1顯示了帶CMOS反相器的基本振蕩電路的配置。INV.1用作振蕩電路的反相放大器。INV.2用作波形整形器,并且還用作輸出的緩沖器。反饋電阻Rf在逆變器周圍提供負(fù)反饋,以便在通電時(shí)振蕩開始。如果Rf的值太大而輸入逆變器的絕緣電阻太低,則由于環(huán)路增益的損失,振蕩將停止。而且,如果Rf太大,則可以將來自其他電路的噪聲引入振蕩電路。顯然,如果1M的Rf通常與陶瓷諧振器一起使用。阻尼電阻Rd具有以下功能,但有時(shí)省略。它使逆變器和反饋電路之間的耦合松動; 從而減小逆變器輸出側(cè)的負(fù)載。此外,反饋電路的相位穩(wěn)定。它還提供了一種降低較高頻率增益的方法,從而防止了寄生振蕩的可能性。
  負(fù)載電容:負(fù)載電容CL1和CL2提供180°的相位滯后。應(yīng)根據(jù)應(yīng)用,使用的IC和頻率正確選擇這些值。如果CL1和CL2的值低于必要值,則高頻環(huán)路增益會增加,從而增加寄生振蕩的可能性。這特別有可能在厚度振動模式所在的4-5MHz附近。
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  這清楚地表明振蕩頻率受負(fù)載電容的影響。當(dāng)需要對振蕩頻率的嚴(yán)格公差時(shí),應(yīng)注意定義其值。
  CMOS反相器: CMOS反相器可用作反相放大器,4069 CMOS組的單級型最有用。由于增益過大,環(huán)形振蕩或CR振蕩是使用諸如4049組的三級緩沖型逆變器時(shí)的典型問題。伊西斯晶振公司采用RCA CD4O69UBE作為CMOS標(biāo)準(zhǔn)電路,如圖3.2所示。
  HCMOS逆變器電路:最近,高速CMOS(HCMOS)越來越多地用于允許微處理器的高速和低功耗的電路。HCMOS逆變器有兩種類型:非緩沖74HCU系列和帶緩沖器的74HC系列。74HCU系統(tǒng)是陶瓷諧振器的最佳選擇。見圖3.3。
  TTL逆變電路:由于阻抗匹配,負(fù)載電容CL1和CL2的值應(yīng)大于CMOS的值。此外,反饋電阻Rf應(yīng)小至幾K.注意,需要偏置電阻Rd來正確確定DC工作點(diǎn)。
  頻率相關(guān):下頁顯示的振蕩器電路是ECS標(biāo)準(zhǔn)測試電路。這些電路中使用的逆變器被廣泛接受為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)樗鼈兊奶匦源砹送幌盗校–MOS/HCMOS/TTL)中微處理器中的特性。當(dāng)然,應(yīng)用將使用不同的IC,并且可以預(yù)期,振蕩器電路特性將因IC而異。通常,這種變化可以忽略不計(jì),并且可以簡單地通過將處理器分類為CMOS,HCMOS或TTL來選擇陶瓷諧振器部件號。鑒于標(biāo)準(zhǔn)壓電陶瓷諧振器在下頁中對測試電路進(jìn)行100%頻率分類,因此相對容易將我們的標(biāo)準(zhǔn)電路的振蕩頻率與客戶指定電路的振蕩頻率相關(guān)聯(lián)。例如,如果使用的微處理器是頻率為4MHz的Motorola 6805,那么正確的ECS部件號將是ZTA4.OMG(頻率分類到CD4O69UBE CMOS測試電路)。電路參數(shù)應(yīng)選擇如下:
ECSTP6.jpg
  通過實(shí)際設(shè)置該電路以及下面圖3.1所示的標(biāo)準(zhǔn)測試電路,可以確定使用帶有6805處理器的ZTA5.OMG時(shí)可以預(yù)期的平均偏移。實(shí)際數(shù)據(jù)如下所示:
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  根據(jù)這些數(shù)據(jù),可以預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)4M的ZTA晶振頻率偏離原始的4.00MHz+0.5%初始容差約+0.06%。這當(dāng)然是一個(gè)可以忽略不計(jì)的轉(zhuǎn)變,不會以任何方式影響電路性能。
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各種IC/LSI電路:
  陶瓷諧振器通過充分利用前面提到的特征,與各種IC結(jié)合使用,用于廣泛的應(yīng)用。以下是一些實(shí)際應(yīng)用的例子。
  微處理器的應(yīng)用:陶瓷諧振器是各種微處理器的穩(wěn)定振蕩元件的最佳選擇:4位,8位和16位。由于微處理器參考時(shí)鐘所需的一般頻率容差為+2%-3%,因此標(biāo)準(zhǔn)單元滿足此要求。向您的ECS或LSI制造商詢問電路常數(shù),因?yàn)樗鼈冸S頻率和使用的LSI電路而變化。圖A示出了具有4位微處理器的應(yīng)用,圖B示出了具有8位微處理器的應(yīng)用。
  遙控IC:遙控器越來越成為一種常見功能。振蕩頻率通常為400-500KHz,455KHz陶瓷進(jìn)口晶振是最受歡迎的。該455KHz被載波信號發(fā)生器分頻,從而產(chǎn)生大約38KHz的載波。
ECSTP12.jpg
  VCO(壓控晶體振蕩器)電路:VCO電路用于電視和音頻設(shè)備,因?yàn)樾盘栃枰c廣播電臺發(fā)送的導(dǎo)頻信號同步處理。最初使用振蕩電路,例如LC和RC;然而,現(xiàn)在使用陶瓷諧振器,因?yàn)樗鼈儾恍枰{(diào)整,并且比舊式電路具有更好的穩(wěn)定性。用于VCO應(yīng)用的諧振器需要具有寬的可變頻率。
  其他:除上述用途外,陶瓷諧振器廣泛用于IC用于語音合成和時(shí)鐘生成。對于一般的定時(shí)控制應(yīng)用,振蕩頻率通常由用戶根據(jù)IC制造商推薦的工作頻率范圍選擇。用給定的IC選擇這個(gè)頻率將決定什么電路值和哪個(gè)陶瓷諧振器是合適的。選擇陶瓷諧振器部件號時(shí),請聯(lián)系您當(dāng)?shù)氐腅CS銷售代表。如前所述,陶瓷諧振器有許多應(yīng)用。一些更具特定應(yīng)用的振蕩器電路要求為該應(yīng)用和IC開發(fā)獨(dú)特的陶瓷諧振器。
振蕩上升時(shí)間:
  振蕩上升時(shí)間是指在激活I(lǐng)C的電源時(shí)振蕩從瞬態(tài)區(qū)域發(fā)展到穩(wěn)定區(qū)域的時(shí)間。對于陶瓷諧振器,定義為在穩(wěn)定條件下達(dá)到振蕩水平90%的時(shí)間,如圖6.1所示。上升時(shí)間主要是振蕩電路設(shè)計(jì)的函數(shù)。通常,較小的負(fù)載電容,較高頻率的陶瓷諧振器和較小尺寸的陶瓷諧振器將導(dǎo)致較快的上升時(shí)間。隨著諧振器的電容減小,負(fù)載電容的影響變得更明顯。圖6.2顯示了對負(fù)載電容(CL)和電源電壓的上升時(shí)間的實(shí)際測量。值得注意的是,陶瓷諧振器的上升時(shí)間比石英晶體快一到二十倍。(這一點(diǎn)在圖6中用圖解說明。
  啟動電壓:啟動電壓是指振蕩電路可以工作的最小電源電壓。所有電路元件都會影響啟動電壓。它主要取決于IC的特性。圖6.4示出了相對于負(fù)載電容的起始電壓特性的實(shí)際測量的示例。
ECSTP13.jpg
陶瓷共振器振蕩特性:
  下面描述基本電路中振蕩的一般特性。有關(guān)特定類型的IC和LSI的振蕩特性,請與ECS International聯(lián)系。對溫度的穩(wěn)定性在-20℃至+80℃的范圍內(nèi)變化ia+0.3%至0.5%,盡管它根據(jù)陶瓷材料略有變化。負(fù)載電容(CL1,CL2)對振蕩頻率的影響相對較高,可以從fosc的公式計(jì)算得出。由于工作電壓范圍內(nèi)的電容偏差為+0.1%,fosc變化約+0.1%。fosc也隨IC的特性而變化。
  電源電壓變化特性:有關(guān)給定振蕩頻率的實(shí)際穩(wěn)定性測量示例,請參見下面的圖1。
  振蕩電平:以下是振蕩電平與溫度,電源電壓和負(fù)載電容(CL1,CL2)的實(shí)際測量示例。振蕩水平要求在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定,并且溫度特性應(yīng)盡可能平坦。除非IC具有內(nèi)部恒定電壓電源,否則這種變化與電源電壓呈線性關(guān)系。
ECSTP14.jpg
  對于美國ECS公司量產(chǎn)的陶瓷晶振,許多生產(chǎn)廠家并不了解甚至不知道,現(xiàn)在陶瓷諧振器在市場上仍占有一定的比例,雖然不復(fù)以往的輝煌,但因?yàn)槲锩纼r(jià)廉而受到中低端工廠的喜愛和長期使用。陶瓷晶振主要分為兩種,一種是貼片型,另一種是插件型,要根據(jù)產(chǎn)品板子來選擇。

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