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那些年我們一起焊接過的有源晶振

來源:http://konuaer.com 作者:konuaer 2012年06月24
壓電石英水晶在經(jīng)過加工成元件之后,分為很多種元件,比如有石英晶體諧振器和到石英晶體振蕩器,諧振器和到振蕩器焊接方面又要所不同,石英晶體振蕩器也有分為很多種,比如普通的帶電壓的有源晶振,有VCXO壓控振蕩器,恒溫晶體,TCXO溫補晶振等系列,每款晶振型號眾多,而且每款晶振引腳焊接也有所不同,外部匹配和到IC,PCB都有多不同。我們來詳細(xì)介紹一下有源晶振的外部引腳識別和焊接,方便于大家了解好到解決實際問題。有個點標(biāo)記的為1腳,按逆時針(管腳向下)分別為2、3、4。
有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。
有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器,信號質(zhì)量好,比較穩(wěn)定,而且連接方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò),輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要復(fù)雜的配置電路。(因為有源晶振內(nèi)部已經(jīng)有了一個簡單的IC電路)相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高。有源晶振是壓電石英晶體晶片組成的,石英晶片之所以能當(dāng)為振蕩器使用,是基于它的壓電效應(yīng):在晶片的兩個極上加一電場,會使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會產(chǎn)生機(jī)械振動,同時機(jī)械變形振動又會產(chǎn)生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動頻率是十分穩(wěn)定的。當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時,機(jī)械振動的幅度將急劇增加,這種現(xiàn)象稱為“石英壓電諧振”。   石英 壓電諧振狀態(tài)的建立和維持都必須借助于振蕩器電路才能實現(xiàn)。圖3是一個串聯(lián)型振蕩器,晶體管T1和T2構(gòu)成的兩級放大器,石英晶體XT與電容C2構(gòu)成LC電路。在這個電路中,石英晶振相當(dāng)于一個電感,C2為可變電容器,調(diào)節(jié)其容量即可使電路進(jìn)入諧振狀態(tài)。該振蕩器供電電壓為5V,輸出波形為方波。
 有源石英晶振和到無源晶振
     在電子學(xué)上,通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”(如有源音箱、有源濾波器等),而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的石英晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號,自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準(zhǔn)確;有源晶振有4只引腳,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶振外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。

石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達(dá)10^-9/日,甚至10^-11。例如10MHz的振蕩器,頻率在一日之內(nèi)的變化一般不大于0.1Hz。因此,完全可以將晶體振蕩器視為恒定的基準(zhǔn)頻率源(石英表、電子表中都是利用石英晶體來做計時的基準(zhǔn)頻率)。從PC誕生至現(xiàn)在,主板上一直都使用一顆14.318MHz的石英晶體振蕩器作為基準(zhǔn)頻率源。
  
     主板上除了這顆14.318MHz的晶振,還能找到一顆頻率為32.768KHz時鐘晶體,簡稱為表晶,主要是給時鐘模塊推廣時鐘標(biāo)準(zhǔn)的,它被用于實時時鐘(RTC)電路中,顯示精確的時間和日期。
方形有源晶振引腳分布:
1、正方的,使用DIP-8封裝,打點的是1腳。
   1-NC; 4-GND; 5-Output; 8-VCC
2、長方的,使用DIP-14封裝,打點的是1腳。
   1-NC; 7-GND; 8-Output; 14-VCC
 
BTW:
1、電源有兩種,一種是TTL,只能用5V,一種是HC的,可以3.3V/5V
2、邊沿有一個是尖角,三個圓角,尖角的是一腳,和打點一致。
 Vcc          out
 NC(點)    GND
有源晶振與無源晶振的區(qū)別
1,無源晶體——無源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器,在datasheet上有建議的連接方法.無源晶體沒有電壓的問題,信號電平是可變的,也就是說是根據(jù)起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP,而且價格通常也較低,因此對于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者.無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用于信號匹配的,電感,過濾信號即可),不需要復(fù)雜的配置電路.有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓.相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高.
3,有源晶振相比于無源晶體通常體積較大,但現(xiàn)在許多有源晶振是表貼的,體積和晶 體相當(dāng),有的甚至比許多晶體還要小。
• 有源晶振與晶體的選用
o 1,需要倍頻的DSP需要配置好PLL周邊配置電路,主要是隔離和濾波;
2.000MHZ-20.000MHZ以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩(wěn)定度好,20.000MHz以上的大多是諧波的(如3次諧波,5次諧波等等),穩(wěn)定度差,因此強烈建議使用低頻的器件,畢竟倍頻用的PLL電路需要的周邊配置主要是電容,電阻,電感,其穩(wěn)定度和價格方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于晶體晶振器件;
3,時鐘信號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印制線間距盡可能大,緊靠器件布局布線,必要時可以走內(nèi)層,以及用地線包圍;
4,通過背板從外部引入時鐘信號時有特殊的設(shè)計要求,需要詳細(xì)參考相關(guān)的資料.

                                                                                                    作者:晶振帝國

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