晶振工作原理 + 晶振ppm,不知道你就落後了

2021-01-10 21IC中國電子網

你知道什麼是晶振嗎？你知道晶振ppm代表什麼意思嗎？你知道晶振的主要參數以及工作原理嗎？如果你對這些問題存在一定疑惑，不妨看看本文帶來的有關晶振這四方面的內容，讓本文幫你一次性掃清這些個障礙吧。

一、什麼是晶振ppm

晶振全稱是晶體振蕩器，是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片)，石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

電子元件是電路設計中一個很關鍵的所在，電路的精準直接關乎使用這顆晶振的產品的質量問題，但是最重要的體現在於一個小參數那就是晶振的ppm值，即精度電容值。精度值越低表明這顆電子元件越精度越精確，使用起來越耐用和反應出來的效果就越好。那麼，你知道晶振電路中的ppm嗎？ppm這個小參數，是如何產生大作用的。

二、晶振ppm誤差公式

1：120ppm，27M的晶振，頻率的誤差 = 120/100萬*27M=3240Hz

晶振的精度決定時鐘的計時準確度。

2： 所配晶振頻率：32772.2HZ，誤差為+1.2ppm

一年的誤差計算過程為：

Δf = +1.2/100萬*32772.2

Δt/秒= Δf/32772.2 = 1.2/100萬

一年的誤差 = Δt*24*3600*365 = 37.8秒

三、晶振的主要參數

晶振的主要參數有標稱頻率、老化率、頻率準確度、頻率穩定度、相位噪聲、功耗等。

1、標稱頻率：是指晶振的標稱輸出頻率；

2、頻率準確度：是指常溫(25度)下，所測晶振頻率相對標稱頻率的差值。這一點是不太重要的；

3、頻率穩定度：一般是指頻率溫度穩定度，是指在晶振的工作溫度範圍內頻率隨著溫度變化的大小，一般用PPM或PPB來標示，1PPB=0.001PPM=1*10-9;

4、老化率：隨著時間的推移，頻率值隨著變化的大小；

5、相位噪聲：信號功率與噪聲功率的比率(C/N)，是表徵頻率顫抖的技術指標。一般來說雷達等設備會對相位噪聲有特殊要求；

6、晶體還有一個重要的特性就是「RR等效阻抗」，晶振長出現停振現象。經分析均為晶片阻值大於80歐姆。

四、晶振工作原理

若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC迴路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個皮法到幾十皮法。當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十豪亨到幾百豪亨。晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1皮法。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數值約為100歐。由於晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此迴路的品質因數Q很大，可達1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩定度。

計算機都有個計時電路，儘管一般使用「時鐘」這個詞來表示這些設備，但它們實際上並不是通常意義的時鐘，把它們稱為計時器可能更恰當一點。計算機的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內以一定的頻率振蕩，這種頻率取決於晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個寄存器與每個石英晶體相關聯，一個計數器和一個保持寄存器。石英晶體的每次振蕩使計數器減1。當計數器減為0時，產生一個中斷，計數器從保持寄存器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個計時器進行編程，令其每秒產生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產生中斷)成為可能。每次中斷成為一個時鐘滴答。

晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻並聯再串聯一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯諧振，較高的頻率為並聯諧振。由於晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近，在這個極窄的頻率範圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端並聯上合適的電容它就會組成並聯諧振電路。這個並聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由於晶振等效為電感的頻率範圍很窄，所以即使其他元件的參數變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。

晶振有一個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的並聯電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯的容量值就應該等於負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15皮或12.5皮，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22皮的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。

相關焦點

  • 如果不了解晶振電容?請別說自己是晶振高手
    對於晶振，小編曾從多方面進行過介紹，如有源晶振、陶瓷晶振、金屬晶振、晶振工作原理等。而在本文中，小編將為大家介紹晶振負載電容，並介紹其於電路中的具體作用以及工作原理，讓我們一起來了解下吧。一、什麼是晶振電容？
  • 晶振決定數字電路的生與死
    數字電路的所有工作都離不開時鐘，晶振的好壞，晶振電路設計的好壞，會影響到整個系統的穩定性。所以更多的了解晶振，選擇好系統使用的晶振，對數字電路來說是決定成敗的第一步。晶振的重要參數就是負載電容，選擇與負載電容相等的電容並聯，能保證晶振工作在額定頻率。假如晶振的負載電容是15pf，那麼C1、C2我們可以選擇30pf，考慮到晶片管腳電容和PCB走線電容的影響，這個取值也可以適當減小，27pf，22pf一般也能正常工作。在滿足起震要求的情況下，C1、C2可以選擇的儘量小，這樣可以加快晶振的起震時間。
  • 晶振的四個重要參數,你知道幾個?
    廣瑞泰知道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，或者時而穩定時而不穩定的現象！那麼這一切現象終究是歸根於質量問題還是晶振參數？晶振有幾個重要參數：1，晶體元件規格書中所指定的頻率，也是工程師在電路設計和元件選購時首要關注的參數。
  • 晶振,數字電路的心臟~
    晶振的工作溫度：之所以把工作溫度單獨拿出來，主要是由於晶振是個物理的器件，工作溫度與價格是成正比，工作溫度要求越高，價格越高，所以選擇晶振時也需要重點考慮工作溫度。 晶振的精度值：精度一般常見的有0.5ppm、±5ppm、±10ppm、±20ppm、±50ppm等等。
  • 陶瓷晶振和石英晶振區別介紹
    而陶瓷晶振是利用壓電陶瓷材料配方製成，只能滿足高度集成化電路設計，且陶瓷頻率受壓電材料厚度決定，頻率與厚度成正比關係，厚度越厚頻率越大。 　　2、精度不同 　　石英晶振是通過天然的材料製成，精度相對人工材料高，最高能達到10ppm-300ppm，可運用到高精度儀器及設備中，如航天航空器、衛星設備等電路場景中。
  • 恆溫晶振與溫補晶振的區別
    恆溫晶振與溫補晶振都屬於晶體振蕩器，都是有源晶振，所以組成的震蕩電路都需要電源加入才能工作。 　　工作原理上 　　恆溫晶振，由於晶體振蕩器的震蕩頻率會隨著溫度的變化而變化，故為了保持頻率的穩定性，將晶振控制在一個恆定的溫度下工作以此來提高晶振的相頻特性。
  • 單片機晶振電路原理及作用
    單片機系統裡都有晶振，在單片機系統裡晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那麼單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率
  • TSX-3225晶振與FA-238晶振的差異?
    每一家晶振工廠同一個規格尺寸的型號可能有兩種，常見的以KDS晶振為例，例如金屬面封裝3225尺寸的型號是DSX321SL，陶瓷面封裝3225尺寸的型號則是DSX321G。再比如NDK晶振中，3225貼片晶振金屬面型號NX3225SA，陶瓷面型號NX3225GA。
  • 32768晶振作用與計時
    原理：在石英晶體的兩個極板上加一個電場，晶片會產生機械變形，對極板施加機械力使其變形，又會在極板上產生相應的電荷，這叫壓電效應。如果在兩個極板上加變的電壓，晶片便會產生機械變形震蕩，同時這種機械震蕩還會產生交變的電場（比較的微小），但是當外加交變的電壓的頻率與晶片固有的頻率（由其形狀和尺寸決定）相等時，機械振動的幅度會加劇，產生交變電場也增大。
  • 電路板上的晶振壞了怎麼辦
    假設你一天都不碰手機，恐怕會有諸多不便。而手機卻依賴它，一顆小小不顯眼的晶振，決定了整塊電路板的"生死"。如果它不運作，整個系統就會癱瘓，在行業中被人們堪比為電路板的心臟。然而難免會碰到晶振停振的問題。晶振的作用就是向顯卡、網卡、主板等配件的各部分提供基準頻率，它是時鐘電路中最重要的部件。晶振就像個標尺，工作頻率不穩定會造成相關設備工作頻率不穩定，自然容易出現問題。在實際應用中，遇到晶振停振，要結合實際情況和產品規格。
  • ds1302晶振不起振_ds1302晶振電路圖
    打開APP ds1302晶振不起振_ds1302晶振電路圖 發表於 2017-08-26 18:31:28 採用普通32.768kHz晶振。DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.0V～5.5V。
  • 晶振知識帖子(二)
    晶振的分類石英晶體（crystal或Xtal）是石英晶片加上電極與外殼封裝。也稱石英振蕩子或石英晶體諧振器（crystal resonator）。這是單純石英晶體被動元件，不含有源元件，需搭配外加電路才會產生振蕩。
  • 石英晶振應用原則+方法,陶瓷晶振與金屬晶振區別
    晶振在生活中無處不在，如單片機、顯卡中皆具備晶振的身影，由此可窺晶振的重要性。本文中，將為大家介紹石英晶振的應用原則、方法，以及與陶瓷晶振相關內容。如果你對這兩大部分內容充滿興趣，不妨繼續往下閱讀。3) 在滿足性能參數的情況下，應選用低功耗、低熱阻、低損耗角、高功率增益、高效 益的石英晶振。4) 國產石英晶振的優選。首先選擇經過認證鑑定的符合國標的石英晶振；經過使用考驗的 符合要求的能夠穩定供貨的石英晶振；有成勸應用經驗符合要求的其他石英晶振。5) 進口石英晶振。
  • 晶振怎麼測量好壞_如何使用萬用表判斷晶振的好壞
    一種是皮爾斯振蕩器配置，適用於晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。基於晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度係數。RC振蕩器能夠快速啟動，成本也比較低，但通常在整個溫度和工作電源電壓範圍內精度較差，會在標稱輸出頻率的5%至50%範圍內變化。但其性能受環境條件和電路元件選擇的影響。需認真對待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。
  • 32768Hz頻率晶振與精確計時
    32768Hz頻率晶振與精確計時;從數字鐘的精度考慮，晶振頻率越高，鐘的計時準確度;補充說明：;1.頻度越高計時精度越高，誤差越小;假定我們要求定時的時間為Ts，計數頻率(晶振頻率;Tc=Counter·Tosc=Counter/;對於我們要求的定時時間
  • 晶振有什麼作用,如何選擇合適的晶振,為什麼有時候用內部晶振?
    一、什麼是晶振晶振，全名叫「晶體振蕩器」，它在電路當中起到產生振蕩頻率的作用，我們都知道，單片機可以看成是在時鐘驅動下的時序邏輯電路，那麼這個所需要的時鐘就是晶振來產生，可以說它的單片機的心臟，讓單片機時刻有脈動，它控制著計算機的工作節奏，晶振的頻率有32.768kHz、1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、12MHz……當然，還有很多其他頻率。
  • 適用於汽車導航系統的32.768KHz耐高溫車載晶振FC-13A
    其實FC-13A這款車載晶振還是有很多特點的，FC-13A是一款尺寸為3215的32.768KHz耐高溫晶振，FC-13A符合AEC-Q200被動元件汽車級品質標準認證，是FC-135車載晶振設備用升級版，區別主要包括兩個方面，一是工作溫度由工業級的85℃提高到車規級的125℃所以也可以稱之為寬溫晶振，二是晶振表面材料由玻璃升級為全金屬，在抗惡劣工作環境方面有了提升。
  • 晶振的分類及其主要參數
    晶振的分類 　　根據晶振的功能和實現技術的不同，可以將晶振分為以下四類： 　　（1） 恆溫晶體振蕩器（以下簡稱OCXO） 　　這類型晶振對溫度穩定性的解決方案採用了恆溫槽技術，將晶體置於恆溫槽內，通過設置恆溫工作點，使槽體保持恆溫狀態，在一定範圍內不受外界溫度影響，達到穩定輸出頻率的效果
  • 模擬工程師的困擾:晶振匹配和溫度漂移
    很多工程師，在電路中使用晶振時，經常會碰到這樣的煩惱，一是晶振在電路中匹配不理想，影響使用效果;二是晶振的溫度漂移太大，甚至影響產品的性能。
  • 是什麼決定了晶振的頻率?
    我們只知道晶振是一種頻率元器件，而對於晶振有分基頻晶振和泛音晶振的人可能少之又少。 那麼什麼是基頻晶振，什麼又是泛音晶振了，兩種在電路中的使用有什麼區別了。 晶振的振動就像彈簧；晶體的振動頻率和石英晶體的面積、厚度、切割取向等有關。 越長的抖得越慢； 越粗的抖得越慢； 越軟的抖得越慢； 不過，太短太細太硬的抖不起來。 晶振是機械振動，具有機械振動的特徵：形狀、幾何尺寸、質量等，決定振動頻率。