.石英晶體與頻率控制元件 

石英由矽原子和氧原子組合而成的二氧化矽(Silicon DioxideSiO2),以32點群的六方晶系形成,具有壓電效應特性,施加壓力在晶體某些方向時,垂直施力的方向就會產生電氣電位。將石英振盪子加上不同的電子振盪線路,可以做成不同特性的石英振盪器。


   二. CRYSTAL分類

  石英時脈振盪器(CXO)溫度補償石英晶體振盪器(Temperature Compensated Crystal Oscillator, TCXO)電壓控制石英晶體振盪器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO),恆溫槽控制石英晶體振盪器(Oven Controlled Crystal Oscillator, OCXO)等。 

三. 切割角度

應各種需求有了許多不同的石英切割角度種類。如AT-, BT-, CT-, DT-, NT, GT…..等不同的切割板片。這些石英切割的設計及應用上展現了不同的振盪及溫度特性。 

 

. 振動模態 

不同的石英切割角度及不同電極型狀的電場效應,石英晶片展現了各種不同的振動模態。 

 

. 石英晶體的頻率與溫度特性

不同的切割方式,不同的溫度特性,不同的方式有不同的頻率範圍。


. 石英晶體共振子的等效線路及參數


 

RR : motional resistance

Co : shunt capacitance

C1 : motional capacitance

L1:motional inductance

 

實驗:

遇到如果震盪頻率沒辦法符合線路版上IC的頻率時有幾件問題有幾個影響因數,這是我身在其中所發現到了。

  1. Crystal 規格有+-?ppm,代表它以中心頻率為基準+-?ppm為他的範圍值
  2. CL的值也會影響頻率,如因為CL:18pf和15pf雖然頻率為32MHz,但是CL值不同放在PCBA上利用頻譜分析儀或是頻率計數器可以看出不同的頻率,因此規格上都會限制+-?ppm及CL值為多少。
  3. 溫度上也會有變化,是要看頻率為多少來選擇切面,不同切面有不同的溫度係數,也有溫度補償的CRYSTAL TCXO可以選擇。
  4. 倍頻關係,往往遇到本身零件是單頻但是線路上有倍頻線路或是3倍頻線路等等呈現。
  5. 如果電路上原先需要用變容二極體作電壓調整電容值來變化CRYSTAL值時可以選擇VCXO以減少問題。

基本的上述現象都考慮的了,接下來需要去看看如何調整成自己的+-誤差的準確度。

我的作法有幾個要先挑選出來

第一部驟:挑選零件

  1. CL:以一定的量篩選出最大與最小以及中間值供三顆
  2. 選定固定PCBA待測物
  3. 利用C1、C2微調出符合所需的頻率,C1、C2值越小誤差直越小頻率的漂移量也會越小,但是也要考慮到電容本身的材質以及溫度曲線狀態,本身電容也會有溫度上得變化。
  4. 挑選C1與C2這負載電容需最接近中間值供兩顆

 

 

第二步驟:計算Cstray( pcb 潛部電容 )



1. 先選CL、C1、C2固定為中間值

2. 計算出Cstray【會有些許誤差,每一片PC板的潛部電容會不一樣】

第三步驟:更換CL時因為Cstray及CL都計算出來,就可以計算出C1、C2的數值

第四步驟:負載電容對頻率的範圍值

1. 選取C1、C2的誤差值上下限

2. 固定CL值為中間值

3. 固定C1、C2上限焊上PCBA板上搭配實際量測頻率

4. 固定C1、C2下限焊上PCBA板上搭配實際量測頻率

5. 這樣就可以檢查出負載電容對頻率的最大範圍值

第五步驟:CL值的範圍值

1. 固定MAX C1、C2配合最大CL值的CRYSTAL量測頻率

2. 固定MAX C1、C2配合最小CL值的CRYSTAL量測頻率

3. 固定MIN C1、C2配合最大CL值的CRYSTAL量測頻率

4. 固定MIN C1、C2配合最小CL值的CRYSTAL量測頻率

5. 測量出負載電容最大與最小搭配CRYSTAL CL值最大與最小的組合頻率誤差值

第六步驟:PC板Cstray對頻率的誤差值

1. 選出最大與最小負載電容搭配CRYSTAL CL頻率誤差值最大與最小

2. 分別放於不同PC板檢查頻率分佈的變化量,不同的PC板有些許不同的Cstray。

 

Cstray固定,負載電容越小誤差直越小,相對CL值越小,價錢也會不一樣。

 

 

 

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