講講關(guān)于無源晶體的幾個重要參數(shù)

前言

很多工程師選擇無源晶體時，會對它的參數(shù)有點模糊，每個廠家標(biāo)定的又有些區(qū)別。尤其很多人常常搞混負(fù)載電容的意思。今天我們把復(fù)雜的問題簡單化，說說晶體的主要參數(shù)。

首先我們要清楚晶振它是干什么的，它全稱晶體振蕩器，它能夠產(chǎn)生中央處理器（CPU）執(zhí)行指令所必須要的時鐘頻率信號，CPU一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，其信號頻率越高，通常CPU的運行速度也就越快。 你買的手機CPU顯示的主頻，都是基于晶振能力說明的。凡是包含CPU的電子產(chǎn)品，其中至少含有一個時鐘源，包括許多其他的震蕩器，即使你沒有看見，那也是晶振在芯片內(nèi)部被集成了。往往晶振被人們稱之為電路系統(tǒng)的心臟。一旦心臟停止跳動，整塊電路板可能出現(xiàn)癱瘓的狀況。因此晶振的質(zhì)量問題是很多廠商放在第一位的最終抉擇的考慮基礎(chǔ)！

那么晶振質(zhì)量的好壞由什么決定了呢？有的人說，頻率精度，功耗水平，使用壽命，溫度漂移，外包裝，又或者產(chǎn)品印字標(biāo)識等等。這一切真的能有助于我們分辨晶振的好壞嗎？一般像晶振這樣的電子元器件拿在手上我們是無法判斷其好壞程度的，通常晶振人所指的壞即是在電路工作中晶振不起振，或者時而穩(wěn)定時而不穩(wěn)定的現(xiàn)象！那么這一切現(xiàn)象終究是歸根于質(zhì)量問題還是晶振參數(shù)？

所以今天我們講講關(guān)于無源晶體的幾個重要參數(shù)：

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晶體元件頻率Nominal Frequency

Nominal Frequency晶體元件頻率，也是工程師在電路設(shè)計和元件選購時首要關(guān)注的參數(shù)。晶振常用標(biāo)稱頻率在1～200MHz之間，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的輸出頻率也常用PLL（鎖相環(huán)）將低頻進(jìn)行倍頻至1GHz以上。我們稱之為標(biāo)稱頻率。

2

頻率誤差 Frequency Tolerance

輸出信號的頻率不可避免會有一定的偏差，我們用頻率誤差（Frequency Tolerance）或頻率穩(wěn)定度（FrequencyStability），用單位ppm來表示，即百萬分之一（partsper million）（10-6），是相對標(biāo)稱頻率的變化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差為±20ppm，表示它的頻率偏差為12×20Hz=±240Hz，即頻率范圍是（11999760～12000240Hz）。

3

溫度頻差 Frequency Stability vs Temp

還有一個溫度頻差（FrequencyStability vs Temp）表示在特定溫度范圍內(nèi)，工作頻率相對于基準(zhǔn)溫度時工作頻率的允許偏離，它的單位也是ppm。

4

負(fù)載電容CL Load capacitance

這就是我們今天主要說明的參數(shù)，這個關(guān)系到震蕩回路能否正常的外圍可調(diào)整器件。

它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容，注意這個不是晶振外接的匹配電容，很多人搞混這個。所以我們這里要清楚兩個感念，負(fù)載電容和外接電容。

上圖Cg和Cd是外接電容，Cs是整個震蕩回路的寄生電容，經(jīng)驗值一般是3pf左右。

晶體負(fù)載電容CL，就是晶體規(guī)格書標(biāo)出的值，是指整個外圍電容有效電容的總和。CL和外接電容關(guān)系如下：

就是說，當(dāng)兩個外接電容串聯(lián)值，在加上電路寄生的電容值，整個容值的和為CL時，輸出頻率才是規(guī)格書的標(biāo)定頻率。

比如你選用愛普生的一款無源晶體，數(shù)據(jù)如下圖：

24MHz 9pf +-10ppm。這里的9pf就是CL，即負(fù)載電容。

怎么理解這個條件呢？就是當(dāng)環(huán)境溫度是25度左右時，IC的驅(qū)動功率沒問題，而且當(dāng)外圍有效電容總和是9pf時，輸出頻率才是標(biāo)定頻率24MHz +-10ppm。

知道了負(fù)載電容的作用，我們就可以通過調(diào)整外接電容的容值，來微調(diào)震蕩回路的輸出頻率了。

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動態(tài)電阻Motional resistance

Motional resistance 動態(tài)電阻，也叫等效電阻ESR，或者叫內(nèi)阻R1.。這個名字比較多，但都是一個意思，不要搞混了。這個值越小越好，越小晶體越容易起振。但是越小制造的技術(shù)和工藝水平的要求就越高，價格也就越高啦。