原理图设计规范-晶振电路设计规范-T-PD-031-A0.pdf原理图设计规范-晶振电路设计规范.①

文件名称: 原理图设计规范-晶振电路设计规范-T-PD-031-A0.pdf

所属分类: 硬件开发

开发工具:

文件大小: 233kb

下载次数: 0

上传时间: 2019-10-09

提供者: ju***

下载 (233kb)

不能下载？报告错误

详细说明：原理图设计规范-晶振电路设计规范.①&W ￡ CTRONICS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密目的 .Ⅰ规范旵振电路设计,为相同规格的模块电路提供统一的标准,避免出现产品功能和性能的缺陷。适用范围 2.1本规范适用于本公司所有产品的晶振电路设计职责 3.!产品审核部:负责原理图设计规范的拟定及维护,总结规范模块电路。 3.2各相关部门:遵守本规范并按要求执行名词解释 41压电效应:压电晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化,在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。 42逆压电效应:对压电晶体沿一定方向施加电场引起晶体机械变形的现象主要内容晶体振荡原理石英品体的材质为SiO2,理想的品体结构是六方品系,为各向异性的压电品体,具有压电和逆压电效应。当在石英晶体能户生电荷的两个面上加以交变电压,石英晶体会发生周期性的杋械振动,周期性的机硪振动又使得晶体两端产生交变的电压。当外加交变电压的频率为某一特定值时,品体振幅明显加大,比其它频率下的振幅大得多,产生共振, 这种现象称为压电谐振。晶体谐振器止是利用晶伓的仄电谐振特性来产生固定的谐振频率晶体振荡电路基频振荡基频振荡电路体工作在其基频振动状态,晶片厚度与振动频率成反比,振动频率越高,要求晶片越薄。基频振荡电路如图1,要求振荡电路满足三点式振荡电路要求,参考附录η.2。图中,RC为反馈电阻,其作用是稳定输出幅度和相位,其取值为200K~1Mohm;R 为驱动限流电阻,限制反向放大器输出幅度,同时起到扣制EMI的作用;该电阻可以不使用,但当芯片输出功率较大时,或是振荡频窣较高时,建议使用该限流电阻, 以防止晶伓被过驱动;该电阻不能太大,其阻佰应与C2电睿的电抗佰(在振荡频率 )相当;Cl,C2为负载电容。图2为其交流等效电路。图1基频振荡电路图2基频振荡交沉等效电路基频振荡电路负载电容第3页共9页 ①&W ECTRONCS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密石英晶体谐振器的负毂电容为从其两个端子看向振荡回路的所有电容值,如图3 图3基频振荡等效负载电容基频振荡电路等效负载电容计算公式如下 C1,C2为晶体外加负载电谷,Cs为杂散电容( stray capacitance),可写为其中Cc为驱动芯片电容,包括输入脚对地的电容Cin,输出对地的电容Cout,反馈电容Clb。CPcB为走线,PAD,引脚之间的杂散电容。CPcB与PCB的走线长度,铜箔厚度等有关:晶振的PCB走线应尽量短,不能有过孔,防止产生额外的杂散电容。某些芯片 datasheet会给电容Cc值。般情况,Cs可以近似取3~5pF 要求计算得到的负载电容约等于晶振的标称负载电容。基频振荡吋,要求选择适当的 Cl,C2电容值,满足三点式电容振荡电路的要求以及晶振的标称负载电容值,以输出所需的谐振频率泛音振荡泛音振荡电路晶体工作在泛音振荡状态时,泛音频率是基频的奇数倍,参考附录7.3。泛音振荡电路如图4,图中RI为驱动限流电阻;C3为隔直、耦合电容,容值较大,例如1000pF Ll,CⅠ为泛音振动的选频电路,例如当晶体为三阶泛音振荡时,要求该L,C调谐频率为一阶至三阶泛音振荡的频率之间,且在该目标频段LC网络的电抗特性为容性,以满足电容三点式振荡电路的电抗特性要求。交流等效电路如图5所小第4页共9页 ①&W ECTRONCS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密图4泛音振荡电路图5泛音振荡交流等效电路在泛音振荡时,为抑制基频振荡的振嗝,要求在其基频范围內,LC网终呈感性,使得振荡电路不满足三点式振荡电路的电抗特性要求,即不满足起振条件,不能输岀基频振荡频率。计算该L,C网终的电抗如下此式为以电容的电抗方式表达的谐振回路等效阻抗,要求该LC谐振电路在泛音振荡频率内呈电容性,而在基频以下的频段呈感性,以满足三点式电容振荡电路要求, 即: f=l(基频)时,该谐振网络呈感性,即( )<0 f—β3(三次泛音),该谐振网络呈容性,即(---)>0 由该函数可知,随频率的增加,谐振回路的等效电容电抗单调增加,由于在谐振频率时,等效电抗等」0时,即只要要求其诸振频率落在基频到三阶泛音频率之间, 即可满足在基频时谐振回路为感性例如,对于64M晶振,其工作状态为三阶泛音振动,基频为21.333Mz,要求LC 调谐频率为一阶泛音频率至三阶泛音频率之间,若C1-27pF,L1-330nH,H下式可计算得到LC谐振频率为 ≈53.3 该谐振频率落在阶至三阶泛音频率之间。在频率低于53.3MHz吋,谐振回路呈感性,可抑制f-21.333MLz的基频振荡;而在频率高于53.3MIz时,谐振回路呈容性, 满足振荡电路要求。可据此来确定该LC网络中的具体参数。泛音振荡负载电容泛音振荡时,L,C谐振回路在泛音频段体现为容性,将其等效为电容Cε’如图6, 其等效容值为: 第5页共9页 ①&W ECTRONCS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密泛音振荡负载电容由下式表示计算方式与基频振荡的负载电容计算相类似。要求计算得到的负载电容约等于晶振的标称负载电容。图6泛音振荡等效负线电谷石英晶体振荡电路的频率稳定性石英晶体本身的頻率容差,负载特性,温度稳定性,以及老化特性等都影响石吳晶体振荡电路的频率稳定性。频率容差( frequency tolerance)为在标称电源电压、标称负载阻抗、基准温度(25±2℃)以及其他条件保持不变,晶体振荡器的频率相对于其规定标称佰的最大允许偏差,即(fnax-fmi) C,频率容差为晶伓振荡器规格的重要参数,一般以ppm为单位。电路设计中,要求晶振的频率容差小于电路中可允许的频率容差。负载特性为其他条件保持不变,负载在规定变化范围内变化,晶体振荡器输出频率相对于标称负载下的输出频率的最人允许频偏。频率随负载电容的变化率可由下式表示: 0 上式可以近似简化为其中,f为晶振串联谐振频率,C1为晶振等效串联电容,参考附录71;CL为负载电容大小。可以通过适当调整负载电容的大小来调鼕晶振电路的频偏。引用文件和记录表式第6页共9页 ①&W ￡ CTRONICS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密无附录晶体谐振器的电气特性晶体等效电路如图7: 图7晶振等效电路其中,R1:等效串连电阻 L:晶振等效电感 C:等效电容 Co:品振静态电容,为晶体电极,壳体引起的伴生电容品体谐振器的电抗特性由线如图8: 电感性电容性电容性图8晶振电抗频率谱为串联谐振频率,印为并联谐振频率。当频率较低时,晶振两条之路均呈容性,随着频率的增加,容抗减小;当台时,LC冋路串联谐振,f≤f<印,电路呈感性,Xq为正值;当f印时,产生并联谐振,q区域无穷大:当f时,C0起主要作用,呈容性,Xq 为负值。石英品伓只在〔≤『卬很窄的频率范围内呈感性,且Qq值非常高。由于晶体谐振器的谐振频率〔,非常稳定,在〔∫印内有很高的并联谐振阻抗, 品质因素非常高,用于品体振荡电路中可以达到很好的频率稳定性。石英晶体的串联谐振频率为 2 并联诣振频率为: 2兀第7页共9页 ①&W ECTRONCS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密 I于石英晶体的等效电容很小,而等效电感很人,其谐振频率f,印相差非常小,fqfp 振荡条件振荡电路的组成: 放大环节:放大电路。正反馈网终:供给维持振涝的能量选频网终(石英晶伫):选出扳荡器产生维持振荡所需要的信号频率。稳幅环节:产生稳定的信号输出,条件负反馈。三点式振荡电路电容三点式LC振荡电路如图9,所示,按照三点式振荡电路的要求,晶体管发射极所接的两个电抗元件的性质相同,不与发射极相接的电抗元件性质与前者相反。常见的并联型品体振荡电路如下图,成为皮尔斯电路,如图0 图9电容三点式LC振荡电路图10晶体皮尔斯振荡电路并联型晶体振荡电路的原理与三点式振荡器相同,为满足三点式电路的振荡要求,要求晶振谐振器在谐振频段呈电感性。晶体泛音特性泛音振荡为晶体工作在其泛音频率状态,泛音频率是基频的奇数倍,一般情况下,采用其三阶或是五阶泛音振荡。当要求的振荡频率较髙时,例如48M以上的频率,常采用泛音振荡。晶体谐振器的基频和泛音范围的电抗特性如图11: 基频三阶泛音五阶泛音图11晶体谐振器基频与泛音的电抗特性晶体谐振电路的负阻抗特性负性阻抗是指从石英晶伓谐振器的个端子往振荡回路看过去,在振荡频率时的阻抗特性值。振荡回路上必需提供足够的放大増益值来补偿石英谐振器在垬振时的机械能损失。负性阻抗并不是品伓谐振器的产品参数.却是振荡电路的一项重要特性参数负性阻抗是用来评价振荡回路质量(Q)的一个重要参数,在某些情形下(例如老化,温度变化,电压变化等),若振荡回路不够好,可能不振荡。C负性阻抗( Negative resistance,R) 测量方式如下,参老图12: 第8页共9页 ①&W ECTRONCS原理图设计规范晶振电路设计规范文件编号:TPD031秘密 R CD 图12晶体谐振电路负性阻抗测试方法 (1)串联一电阻(R)至 crystal端点 (2)调整R值,使 crystal由起振至停止振荡; (3)当回路由起振至停止振荡时,测量Rr值; (4)得到负性阳抗值R-RL+Rr,其中,RL-R(1+CoCL)2,R为晶振等效串联电阳一般情况,为保证振荡回路的质量,要求|R>3~5倍ESR(max)。第9页共9页

(系统自动生成,下载前可以参看下载内容)