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晶体在使用过程中需要注意哪些点?(一)-- 关键参数
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晶体在使用过程中需要注意哪些点?(一)-- 关键参数

大家好,我是硬件微讲堂。这是在电子星球的第19篇原创文章。为避免错过干货内容,一定记得点赞、收藏、分享哟。加微信hardware_lecture(备注:电子星球)进群沟通交流。

前段时间,有小伙伴多次提到晶体匹配电容的相关问题。看来大家对这方面疑惑比较大,今天就和大家聊聊这块内容。

1、一道面试题

照例,先抛出来一道面试题:“晶体在使用过程中需要注意哪些点?”。

这个问题是个开放性问题,只说了晶体的使用过程,但没有特别明确是哪个环节,那可以切入的点就比较多,非常考验被面试者的硬件基本功。

2、晶体与晶振区别

要回答上面的问题,首先得搞清楚面试官问的对象是啥。如下面截图,小伙伴问:为什么晶振的两个引脚波形会不一样?并放了两个波形。这说明这位小伙伴对晶体晶振分不清楚。

面试官问的是晶体,如果你对晶振一通解释,结果可想而知:回答的越多,暴露的弱点越多。

其实,晶体与晶振的区别非常明显。

①晶体,一般指无源晶体,英文:Crystal,需要接两颗匹配电容才可起振,无需额外供电源;晶体的另外两个引脚是GND;

晶振,一般指有源晶振,英文:Oscillctor,直接供电就会有时钟信号输出,无需专门的匹配电容。晶振只有一个输出端口OUT,另外三个引脚一般是VDD/OE/GND。

如上图所示,晶体和晶振的引脚定义与分布也有非常明显的区别。所以,上面小伙伴讲晶振的两个引脚输出波形不一样,是不对的。这个应该是无源晶体。

3、晶体的工作原理

上一小节明确了晶体与晶振的区别。现在说说晶体的工作原理。

你可能以为我要讲皮尔斯电路、反馈、闭环增益、限流电阻等等这些百度上一搜一堆的知识点。其实,这些内容网上都有标准的解释,我再转述一遍没什么意思,也不符合我的调性。再者,纯理论的东西,我不确定对屏幕前的你是否有实际帮助。

所以,我觉得把这“晶体的工作原理”当做课后作业,留给小伙伴自行检索学习。我们来聊聊更实用的东西。

4、晶体的关键参数

要了解晶体实用过程中的注意事项,肯定是绕不过晶体的关键参数。不晓得屏幕前面的你,是否真正研读过晶体的Datasheet。下面是TXC某晶体的规格书截图。

来来来,咱们一起捋一捋。

①Frequency Range:频率范围,就是晶体的工作频率。

②Frequency Tolerance(at 25℃):环温25度时的频率容差,其实就是频偏范围,单位一般是ppm;

③Frequency Stability Over Temperature:频率温度稳定性,指的是晶振的输出频率随温度变化的偏移量;

④Operating Temperature Range:工作温度范围;

⑤Shunt Capacitance(C0):静态电容

⑥Drive Level:激励功率

⑦Load Capacitance:负载电容

⑧Aging(at 25℃):老化率,随着使用年限增加,频率偏移量也随之增加;

⑨Storage Temperature Range:存储温度范围;

⑩ESR:等效电阻,也是谐振频率处的电阻;

上面规格书给出了该晶体的10个参数,不晓得你对这10个参数有没有疑问。

我先抛砖引玉提几个问题:

Q1:为什么上面规格书给的是频率范围,晶体工作频率不应该是具体的频率么?

A1:因为这是一个系列的规格书简介,所以频率给的是整个系列的工作范围。如涉及具体某一颗晶体,这里第一个参数应该是Nominal Frequency

Q2:Frequency Tolerance 频偏是如何计算出来的?

A2:好问题!频偏实际是一个比值,是相对标称频率的偏差量与标称频率的比值,单位ppm;

Q3:Load Capacitance负载电容CL干什么使的?

A3:负载电容是并联在晶体引脚两端的外部电路的等效电容总和。这个负载电容用于计算晶体需要端接的匹配电容。只有匹配电容合适,才能保证晶体的振荡频率在标称频率附近的误差范围内。如果实际的负载电容CL不符合晶体要求,那很可能会导致频偏严重或者不起振。

……

这里面隐藏的知识点还有很多。你肯定还有其他问题,欢迎在留言区写出你的疑问。

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门,就看你的造化了!

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