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石英晶振原理与应用 续

2021-12-06  作者:可编程晶振之站

摘要:石英晶振原理与 Microchip IC
关键词:石英晶振IC



晶体振荡器的数学计算 

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VCXO 示例

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微调负载电容 

当时序 IC 的负载电容与晶振校准采用的负载电容不同时,晶体振荡器将不会以晶振的预期标称频率振荡。这 可以通过在晶体振荡器电路中增加电容来解决。例如, 增加一个与晶振串联的电容,可以降低振荡器电路的负 载电容 (见图 5)。 

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图 5: 晶振的 CL 值小于振荡器的 CL 值 


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请与 Microchip 联系,了解在特定的 Microchip 时序 IC 中可以安全添加多少电容。对于这种情况,由于 CLO1/ CLO2 比值不同,因此数学计算并不太精确。但是,在 大多数情况下,可以假设 CLO1 和 CLO2 的值彼此非常 接近。 

要仅使用CP1 将负载电容校正为1 pF,必须添加CP1 = 4 pF (近似值)。要使用 CP1 和 CP2 将负载电容校正为1 pF,必须添加 CP1 = CP2 = 2 pF (近似值)。同时使 用 CP1 和 CP2 是较好的方法,对振荡器增益的影响最 小。 


使用参考时钟信号代替晶振 

大多数晶体振荡器允许使用参考时钟信号替代晶振来驱 动 XIN 引脚。尽管此方法是可以接受的,但在实施之前 需要考虑以***意事项: 

• 通常 XIN 处的信号是正弦波,信号的峰到峰摆幅小于 VDD。对 XIN 施加方波时,较高频率的谐波将通过 CLO1 (见图 7)耦合到接地轨,并会干扰电路的其他部分。当出现确定性抖动或相位噪声杂散之类的问题时,请尝试使用另一个串联电阻来使参考时钟方波边沿呈坡度缓慢下降。100Ω的值是首次尝试时的不错选择。 

• 大多数晶体振荡器在 IC 内部提供 DC 偏置。当使用具 有轨到轨信号摆幅的大信号参考时钟时,可以直接驱 动 XIN 引脚。相反,当参考时钟的信号摆幅较小时 (例如TCXO削波正弦波),建议使用串联耦合电容, 以使 DC 偏置稳定在预期水平。参考振荡器的相位噪声性能将影响 PLL 环路带宽内的合成器相位噪声性能。信号边沿速率和振幅也会产生影响。 


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图 7: 使用外部参考时钟驱动 XIN 


晶振选择检查列表 

为Microchip时序IC选择晶振时,请使用以下检查列表: 

• 选择正确的标称频率。 

• 选择所需的封装类型。 

• 选择正确的负载电容。尝试找到一个负载电容尽可能接近振荡器负载电容的晶振。可以根据晶体振荡器负载电容与所选晶振负载电容之间的差值来计算潜在的 频率误差。当此误差不可接受时,则可能需要使用电 容来调谐负载电容。或者,可以使用正确的负载电容 晶振来生成正确的 CL 规格。 

• 选择所需的频率精度和稳定性指标,以及所需的器件 温度范围和使用寿命。 

• 验证晶振的其他参数是否满足晶体振荡器的要求: 

- 最大 ESR 

- 最大驱动电平 

- 最大 C0 

- 在 VCXO 频率调谐的情况下,可能会有 C1、 动态电容要求和 / 或最大 C0/C1 比值要求。 


特定 MICROCHIP IC 的建议 

以下是 Microchip IC 的列表,并包含与这些 IC 搭配使 用的晶振的具体说明: 

• SM802xxx:FLEX SM802xxx 产品使用频率范围为 12 MHz 至 30 MHz 的基本模式晶振。振荡器的负载 电容为 10 pF。这是一个很常见的值,市场上将会提 供具有此负载电容的晶振。可以通过在 XIN 和 XOUT 到地之间增加电容来调谐最高 CL = 12 pF 的晶振。使 用与晶振串联的电容将 CL 值减小至 8 pF 或更低是可以接受的。 

• SM803xxx:FLEX2 SM803xxx 产品使用频率范围为 12 MHz 至 60 MHz 的基本模式晶振。振荡器的负载电容为 12 pF。这是一个常见值。对于这种振荡器, 不建议使用接地电容来增大 CL 值,但通过与晶振串联一个电容,将 CL 值减小至 10 pF 或 8 pF 是可以接 受的。 

• PL135-XX:PL135 产品是扇出 XO。将按照晶振频率 提供多个时钟输出。 PL135-27 的 CL 值为 12 pF, PL135-37 的该值为 8 pF,PL135-47 和 PL135-67 的 该值则为15 pF。晶振频率范围为10 MHz至40 MHz。 

• PL500-17:PL500-17 是一款 VCXO。标称控制电压 下的标称负载电容为8 pF,最低控制电压下为15 pF, 最高控制电压下则为 5.2 pF。为了使频率在标称控制电压达到标称值,晶振 CL 值需要为 8 pF。晶振的动态电容 C1 的值决定了频率调谐范围。晶体振荡器的数学计算章节中的公式可用于计算频率调谐范围。 PL500-17 可搭配 17 MHz 至 36 MHz 之间的晶振一起使用。 

• PL500-37:PL500-37 是一款类似于 PL500-17 的 VCXO,但旨在用于 36 MHz 至 130 MHz 范围内的更高频晶振。频率超过约 60 MHz 的晶振太薄,无法采用通用设计进行处理,因此使用反向台面技术将更实用。标称控制电压下的负载电容为 5.1 pF,最低控制电压下为 9.5 pF,最高控制电压下则为 3.3 pF。 

• PL502-3X:PL502-3X 产品是具有额外 PLL 的 VCXO, 可使晶振频率倍增最高 32 倍。该产品还提供一个输 出分频器,可以将晶振频率向下分频,低至 16 分频。 标称控制电压下的负载电容为 9.5 pF,最低控制电压 下为 21 pF,最高控制电压下则为 6.0 pF。PL502-3X 可搭配 12 MHz 至 25 MHz 之间的晶振一起使用。 

• PL520-XX:PL520 产品是可搭配高频晶振一起使用的 VCXO。 PL520-20 使用 100 MHz 至 200 MHz 的 晶振, PL520-30 使用 65 MHz 至 130 MHz 的晶振, 而 PL520-80 则使用 19 MHz 至 65 MHz 晶振。 

• PL586-XX:PL586 产品是专为超低相位噪声而设计 的高频 VCXO。通过反向台面技术,不同的 IC 可搭配 75 MHz 至 170 MHz 之间的晶振频率使用。标称负载电容接近 5 pF。这些 IC 以未封装形式出售,与石英晶振集成在同一密封封装中,且其晶振频率在连接 至IC时已经过校准。这使得了解确切的负载电容变得不那么重要。 

• PL602-2X 和 PL60203X:PCIe 时钟发生器 IC,使用 25 MHz 的晶振,负载电容为 12 pF。 

• PL602-37:与 PL502-37 类似,但没有 VCXO。晶体 振荡器的负载电容为 20 pF。这相对较大,但可通过 增加一个与晶振串联的电容实现更小的 CL 值。 

• PL602041 和 PL60208X:PCIe 时钟发生器 IC,使 用 25 MHz 的晶振,负载电容为 10 pF。 

• PL6070XX:PCIe 时钟发生器 IC,使用 25 MHz 的 晶振,负载电容为 15 pF。 

• PL610-01:这款时钟发生器是可定制的 (出厂可编 程),可编程项目之一是晶振的负载电容。该值可在 8 pF 和 12 pF 之间选择。晶振频率可在 5 MHz 至 60 MHz 之间。 

• PL610-32:这是一款特殊的低功耗时钟发生器,用 于使用 16.777 MHz 的晶振产生 32.768 MHz 的 RTC 时钟。负载电容仅为 3 pF,以保持较低的功耗。关于 更大值的使用,请与工厂联系。 

• PL611-XX:带有 PLL 的可定制时钟发生器。晶体振 荡器的负载电容可以设置为 5 pF 至 20 pF 之间。晶 振频率可在 10 MHz 至 30 MHz 之间。 

• PL611s-XX:带有 PLL 的可定制时钟发生器,类似 于 PL611-XX,但尺寸更小且功耗更低。晶体振荡器 的负载电容可以设置为 8 pF 至 12 pF 之间,晶振频 率可在 10 MHz 至 50 MHz 之间。 

• PL613-XX:具有多个 PLL 和多个输出的可定制时钟 发生器。负载电容固定为 15 pF (不可编程)。晶振 频率可在 10 MHz 至 50 MHz 之间。 

• PL671-XX:降低 EMI 的时钟发生器,可使用 10 MHz 至 40 MHz 之间的晶振。晶体振荡器的负载电容为 15 pF。 

• PL686-XX:超低相位噪声时钟发生器,可使用频率 范围为 75 MHz 至 170 MHz 之间的反向台面晶振。这 些IC以未封装形式出售,以便与晶振一起集成至低相 位噪声时钟模块中。 

• SY89529:使用 16.66 MHz 晶振的时钟发生器,晶 体振荡器为串联模式类型,可在串联谐振频率附近 运行晶振。通过将电容与晶振串联可达到一定的负 载电容值。 

• SY8953X:使用 14 MHz 至 18 MHz 之间晶振的时钟 发生器。该晶体振荡器为串联模式类型,可在串联谐 振频率附近运行晶振。添加一个串联电容可达到一定 的负载电容值。 

• SM8400XX:使用 25 MHz 晶振的时钟发生器。该晶 体振荡器需要从 XIN 到地和 XOUT 到地的外部电容才 能正常工作。IC 中的电容仅为 2 pF,外接 2 × 20 pF 会使 CL = 12 pF 或外接 2×30 pF 使 CL = 18 pF。不 要超过 CL = 18 pF。 

• SM843256 和 SM844256:使用 18 MHz 至 25 MHz 之间晶振的时钟发生器,负载电容为 10 pF。 

• SY898535:LVPECL 扇出缓冲器,也可使用晶振作 为频率参考输入。该晶振频率可在12 MHz至40 MHz 之间。

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