选择晶振时要考虑哪些参数？
2011-7-19 14:26
提问者：rinkeigun|浏览次数：2555次
谢谢好心人。

我想知道的是：
1. 晶振之身的参数（频率等）
2. 与周围的器件（51单片机）有什么关联，影响
3. 构成晶振的元件是什么（如C，Y）
4.哪里有最简单的电路图
我来帮他解答
2011-7-25 14:05
满意回答
1、
晶体谐振器的等效电路
图1是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性的简化电路。

其中：C1为动态电容也称等效串联电容；L1为动态电感也称等效串联电感；
R1为动态电阻也称等效串联电阻；C0为静态电容也称等效并联电容。

这个等效电路中有两个最有用的零相位频率，其中一个是谐振频率(Fr)，另一个是反谐振频率(Fa)。

当晶体元件实际应用于振荡电路中时，它一般还会与一负载电容相联接，共同作用使晶体工作于Fr和Fa之间的某个频率，这个频率由振荡电路的相位和有效电抗确定，通过改变电路的电抗条件，就可以在有限的范围内调节晶体频率。

2、晶体的频率
晶体在应用的电路中，其电气特性表现较复杂，与其相关的频率指标也有多个，主要的是：
a）标称频率（F0）
指晶体元件规范中所指定的频率，也即用户在电路设计和元件选购时所希望的理想工作频率。

b）谐振频率（Fr）
指在规定条件下，晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个频率。

根据图1的等效电路，当不考虑C0的作用，Fr由C1和L1决定，近似等于所谓串联（支路）谐振频率（Fs）。

这一频率是晶体的自然谐振频率，它在高稳晶振的设计中，是作为使晶振稳定工作于标称频率、确定频率调整范围、设置频率微调装置等要求时的设计参数。

c）负载谐振频率（FL）
指在规定条件下，晶体元件与一负载电容串联或并联，其组合阻抗呈现为电阻性时两个频率中的一个频率。

在串联负载电容时，FL是两个频率中较低的那个频
率；在并联负载电容时，FL则是其中较高的那个频率。

对于某一给定的负载电容值(CL)，就实际效果，这两个频率是相同的；而且
这一频率是晶体的绝大多数应用时，在电路中所表现的实际频率，也是制造厂商为满足用户对产品符合标称频率要求的测试指标参数。

3、负载电容（CL）
指与晶体元件一起决定负载谐振频率（FL）的有效外接电容。

晶体元件规范中的CL是一个测试条件也是一个使用条件，这个值可在用户具体使用时根据情况作适当调整，来微调FL的实际工作频率（也即晶体的制造公差可调整）。

但它有一个合适值，否则会给振荡电路带来恶化，其值通常采用10pF、15pF 、20pF、30pF、50pF、∝等，其中当CL标为∝时表示其应用在串联谐振型电路中，不要再加负载电容，并且工作频率就是晶体的（串联）谐振频率Fr。

用户应当注意，对于某些晶体（包括不封装的振子应用），在某一生产规范既定的负载电容下（特别是小负载电容时），±0.5pF的电路实际电容的偏差就能产生±10×10-6的频率误差。

因此，负载电容是一个非常重要的订货规范指标。

4、电容比（r）
指晶体静态电容（C0）与动态电容(C1)之比，r=C0/C1。

前面已描述，通过改变电路的电抗条件，就可以在有限的范围内调节晶体频率，而晶体频率可以改变的程度(或作为压控晶体振荡器的频率牵引范围)跟r成反比；在选频滤波电路的应用中，r可影响晶体滤波器的带宽。

一般的，对给定晶片切型和振子设计而言，r 是一常数。

5、晶体的电阻
如同晶体的频率一样，晶体的电阻在电路中的表现也很复杂，主要应该关注的是：a）谐振电阻（Rr）
指晶体元件在谐振频率处的等效电阻，当不考虑C0的作用，也近似等于所谓晶体的动态电阻或称等效串联电阻(ESR)。

这个参数控制着晶体元件的品质因数，还决定所应用电路中的晶体振荡电平，因而影响晶体的稳定性以致是否可以理想的起振。

所以它是晶体元件的一个重要指标参数。

一般的，对于一给定频率，选用的晶体盒越小，ESR的平均值可能就越高；绝大多数情况，在制造过程中并不能预计具体某个晶体元件的电阻值，而只能保证电阻将低于规范中所给的最大值。

b）负载谐振电阻（RL）
指晶体元件与规定外部电容相串联，在负载谐振频率FL时的电阻。

对一给定晶体元体，其负载谐振电阻值取决于和该元件一起工作的负载电容值，串上负载电容后的谐振电阻，总是大于晶体元件本身的谐振电阻。

6、激励电平（Level of drive）
是一种用耗散功率表示的，施加于晶体元件的激励条件的量度。

所有晶体元件的频率和电阻都在一定程度上随激励电平的变化而变化，这称为激励电平相关性（DLD），因此订货规范中的激励电平须是晶体实际应用电路中的激励电平。

正因为晶体元件固有的激励电平相关性的特性，用户在振荡电路设计和晶体使用时，必须注意和保证不出现激励电平过低而起振不良或过度激励频率异常的现象；当然
7、寄生响应（Unwanted response）
晶体振子与有关工作频率不同的谐振状态。

振荡器应用中出现寄生响应问题是和晶体设计及振荡器设计有关；作为滤波器用的晶体元件重要的是寄生响应的位置和幅度。

国晶科技可根据用户提出的具体应用要求，对特定晶体元件预计呈现的无用寄生响应，采取相应的措施予以控制。

8、品质因数（Q）
指晶体元件谐振特性曲线的敏锐度。

是一个综合评判晶体元件状态的不能直接测试的表征指标。

9、频率偏差（Frequency tolerance）
一般来讲，应该根据晶体应用的整机系统要求，来确定晶体元件的工作温度范围及其频率允许偏差。

根据IEC的建议：当同一整机设备打算供不同气候条件和不同技术要求的场合使用时，就应该考虑采用若干个晶体元件订货规范来覆盖这些不同的要求，而不应该统一于最严的规范。

a）调整频差
指在规定条件下，基准温度（通常为25℃±2℃）时工作频率相对于标称频率的允许偏离，也即制造公差。

它是一个相对偏差，并且在振荡电路中是可调整的。

指在规定条件下，晶体元件在工作温度范围内相对于基准温度时工作频率的允许偏离，也即频率随温度变化而变化的频率温度特性。

它主要由晶片的切割类型及其角度决定。

c）老化率
指在规定条件下，由于时间所引起的频率漂移。

这一指标对精密晶体是必要的，但它“没有明确的试验条件，而是由制造商通过对所有产品有计划抽验进行连续监督的，某些晶体元件可能比规定的水平要差，这是允许的”（根据IEC的公告）。

老化问题的最好解决方法只能靠制造商和用户之间的密切协商。

d）总频差
由于指定的一种或多种原因引起的，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。

它可能包括由调整频差、温度频差和老化等因素引起的工作频率综合变化。

10、零温度系数点（Z.T.C）
指在频率温度特性曲线上频率变化为零的温度点，也称拐点。

一般是应用于恒温晶振的晶体指标要求。