石英晶体振荡器课件.ppt

1、振荡器的频率和幅度稳定度 稳定度指标稳定度指标 振荡器输出的信号即要满足一定的频率和振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求幅度要求 使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要的性能指标来衡量一个振荡器电路的性能指标来衡量一个振荡器电路 频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要 2频率稳定度 频率绝对偏差频率绝对偏差 频率稳定度频率稳定度 0fff 000fffff3影响频率稳定的因素影响频率稳定的因素 主要影响因素主要影响因素 振荡回路参数振荡回路参数 回路品质因素回路品质因素Q 012fLC001()2fLCfLC 4品质因素对

2、频率稳定度的影响品质因素对频率稳定度的影响 Z1Q2Q12QQ215提高频率稳定度的一般方法提高频率稳定度的一般方法 减小外界变化减小外界变化 减小温度的变化减小温度的变化 减小电源的变化减小电源的变化 减小湿度和大气压力的影响减小湿度和大气压力的影响 减小磁场感应对频率的影响减小磁场感应对频率的影响 减小负载的影响减小负载的影响 改善电路性能改善电路性能 提高回路的标准性提高回路的标准性 减小相位及其变化量减小相位及其变化量 6幅度稳定度幅度稳定度 oooUUUUU74.4 石英晶体振荡器以石英谐振器作选频网络以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器的反馈振荡器称为石英晶体振荡器

3、 其频率稳定度可达其频率稳定度可达 ，而，而LC回路的一般不超过回路的一般不超过610 810 510 因为石英谐振器具有极高的因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性值和很高的标准性8主要要求：主要要求：了解石英谐振器的结构和特性了解石英谐振器的结构和特性掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理4.4 石英晶体振荡器94.4.1 石英谐振器及其特性石英谐振器及其特性 从一块晶体上按一定从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片的方位角切割成的薄片称为晶片称为晶片SiO2是一种各向异性的结晶体是一种各向异性的结晶体1.石英谐振器的结构石英谐振器的结构10极板间

4、加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。压电谐振压电谐振2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路112.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路 C0是晶片的是晶片的静态电容，相当静态电容，相当于平板电容，即于平板电容，即由晶片作介质，由晶片作介质，镀银电极和支架镀银电极和支架引

5、线作极板构成。引线作极板构成。几十几几十几pF Lq、Cq、rq为晶片振动时的等效动态电感、电容和为晶片振动时的等效动态电感、电容和摩擦损耗。摩擦损耗。Lq很大，很大，几十几百几十几百mH；Cq很小，很小，百分之百分之几几pF；rq 为为几几百欧。几几百欧。石英谐振器石英谐振器Q值很高，而且其性能很稳定，因此有值很高，而且其性能很稳定，因此有很高的回路标准性。很高的回路标准性。12LCf 21s 串联谐振频率串联谐振频率 晶 体 等 效 阻晶 体 等 效 阻抗为纯阻性抗为纯阻性并联谐振频率并联谐振频率通常通常0CC 所以所以很很接接近近与与 psff2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器

6、的基本特性与等效电路fXfPfS容性容性感性 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf 13 石英谐振器石英谐振器只在只在 之间的很窄频率范围之间的很窄频率范围内呈感性，内呈感性，且感抗曲线很陡，故且感抗曲线很陡，故当工作于该区域时，当工作于该区域时，具有很强的稳频作用。一般不用电容区。具有很强的稳频作用。一般不用电容区。psff 和和2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路fXfPfS容性容性感性142.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为s0s121CCC

7、LCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；时时，0 pssffC sss ffC 时时，调整调整之之间间变变化化和和在在可可使使 psssfffC 153.石英谐振器的使用注意事项石英谐振器的使用注意事项2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏振坏晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。1)要接一定的负载电容要接一定的负载电容CL(微调微调)，以达标称频率。，以达标称频率。2)高频晶体通常标高频晶体通常标CL为为30pF或或 164.泛音晶体

8、泛音晶体 机械振动的谐波称为泛音。机械振动的谐波称为泛音。利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。奇次奇次 利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。174.4.2 晶体振荡器晶体振荡器并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 fs f fp，晶体，晶体呈感性。呈感性。晶体作晶体作为高为高Q元件与

9、其它元件并联构成元件与其它元件并联构成振动所需的并联谐振回路。振动所需的并联谐振回路。f=fs，晶体工作在串联谐振状态，晶体工作在串联谐振状态，在振荡器中用作在振荡器中用作高选择性高选择性短路元短路元件。件。18并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 并联型石英晶体振荡器是把石英晶体当做并联型石英晶体振荡器是把石英晶体当做电感元件使用电感元件使用 晶体CCVCL1BR2BRBCER1C2CCCLRLR1C2C0C1qC1qL1qrER19等效电路等效电路 晶 体CCVCL1BR2BRBCER1C2CCCLRLR1C2C0C1qC1qL1qrER20并联型石英晶体振荡器分析并联型石英晶体振荡器

10、分析 由三点式电路由三点式电路“射同基反射同基反”的构成原则的构成原则 晶体应呈现感性晶体应呈现感性 石英谐振器和电容石英谐振器和电容C1、C2组成选频网络组成选频网络 工作频率工作频率 psfff21串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做一根短路线用一根短路线用 CCV1BR2BRER1C2CLBC1C2CL22等效电路等效电路 CCV1BR2BRER1C2CLBC1C2CL23串联型石英晶体振荡器分析串联型石英晶体振荡器分析 荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率fs 晶体谐振器的

11、阻抗近似为零晶体谐振器的阻抗近似为零 频率偏离晶体的串联谐振频率频率偏离晶体的串联谐振频率fs 晶体的阻抗骤然增加，近乎开路晶体的阻抗骤然增加，近乎开路 只能形成的只能形成的f=fs的振荡的振荡 24例例 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFT510CCVouL1C2C3C25交流通路交流通路 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFT510CCVouL1C2C3CL1C2C3C26 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pF

12、T510CCVouL1C2C3CL1C2C3C01231231()2fCC CLCCCmin4.92fMHzmax5.04fMHz27小结小结 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 基本种类基本种类 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器28作业 4.9 4.1329实用振荡器简介 现代振荡器的发展现代振荡器的发展 高性能高性能 多功能多功能 小型封装小型封装 低功耗低功耗 低价格低价格 31压控振荡器压控振荡器 VCO 压控振荡器（压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器加控制电压变化的振荡器 主要指标主要指标 频率调谐范围频率调谐范围 输出功率输出功率 频率稳定度频率稳定度32频率合成技术频率合成技术 直接模拟频率合成技术直接模拟频率合成技术 锁相频率合成技术锁相频率合成技术 直接数字式频率合成技术直接数字式频率合成技术 混合式频率合成技术混合式频率合成技术 33锁相式整数频率合成器的原理锁相式整数频率合成器的原理 参考振 荡器参考分 频器鉴相器LPFVCO可 变分频 器Rfof1/R1/Nrfvf34 DDS原理原理 相位累加器正弦查询表DACLPF频率控制器时钟频率ofN位35