晶振電路設計的影響因素

作者： 揚興晶振 日期：2021-12-29 瀏覽量：

  小型化是電子行業的持續趨勢，可穿戴設備、智能家居設備、移動設備、汽車應用中的電子產品……這些只是需要越來越小的組件的應用的幾個例子。每個電子元件制造商都在努力將越來越小的元件推向市場。但是這種尺寸減小會在設計過程中導致不同的問題，為了幫助解決其中一些問題，本文將重點介紹縮小石英晶體尺寸時對設計的影響。

  首先可以說晶體的尺寸越小，諧振頻率越高。對于石英，石英毛坯的厚度與諧振頻率成反比關系。這意味著當坯料變薄時，頻率會增加。相反，這意味著需要更厚的坯料才能獲得更低的頻率。由于更小的封裝也更薄，因此在物理上不再可能在 2.0 x 1.6 mm 封裝中提供低于 16 MHz 的頻率或在 1.6 x 1.2 mm 封裝中提供低于 24 MHz 的頻率。從較大尺寸切換到較小尺寸時需要考慮到這一點。

  較小晶體的另一個特點是等效串聯電阻 (ESR) 更高。晶體的 ESR 取決于幾個參數，例如頻率、晶體尺寸、電極尺寸和安裝結構。但一般來說，晶體越小，ESR 就越高。在設計評估期間，需要考慮 ESR，以確保可以保證穩定的振蕩。穩定振蕩的特征是安全系數為 5 或更大。安全系數，通常也稱為負電阻比，由負電阻與 ESR 的比率定義。安全系數的計算公式見公式(1)。

  電路中的負電阻可以通過在晶體上串聯一個電位器來測量，如圖1所示。電位器的電阻需要增加，直到晶體停止振蕩——這個電阻值標志著R ADDmax。使用 R ADDmax 和晶體的最大 ESR，可以計算負電阻和安全系數。

  如果 ESR 增加，則安全系數會降低。因此，無法再保證晶體的安全振蕩 (SF ? 5)。如果在舊設計中使用較小的晶體來替換較大的晶體，這實際上很容易發生。

  圖 ：帶有 R ADD 的電路圖

  但是在這種情況下，如何提高安全系數并保證振蕩穩定呢?提高負電阻和安全系數的最簡單方法是降低 C a和 C b。當降低 C a和 C b 時，它會導致 R ADD在振蕩停止的點上更高。這導致負電阻的改善和安全系數的增加。這就是為什么較小的晶體通常以較低的負載電容出售。因此，當考慮從較大的晶體更改為較小的晶體時，應該記住，它也需要更換電容器。

  降低 C a和 C b時需要考慮的事項，由于坯料和電極的尺寸，較大晶體的調節更高。此外，當降低電路中的負載電容時，微調會增加。因此重新設計具有較小晶體的電路時，可以預期微調較少，頻率更穩定。當電路中的負載電容需要減小以保持負電阻和安全系數，微調也會增加。當較小的晶體替換較大的晶體時，整體上的調整將保持不變甚至增加。因此，在小晶體設計過程中的一個重要步驟是為 C 選擇合適的電容器a和 C b并評估電路中的正確負載電容。只有這樣才能保證晶體在其規格范圍內振蕩。

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