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負載電容決定晶振的共振頻率

來源:http://www.jjahid.co 作者:康比電子 2019年07月25
    在晶振選擇方面,除頻率,封裝,精度和工作溫度范圍外,對于VCXO應用,用戶必須注意等效串聯電阻和負載電容.串聯電阻提供晶體的功耗測量.電阻值越小,振蕩器啟動越容易.負載電容是晶體的重要參數.首先,它決定了晶體的共振頻率.通常,晶體的標記頻率意味著在將指定的負載電容與其并聯連接之后晶體的諧振頻率.大號等于規定的負載電容,但這不是將值從1/(2π√L1Ç1).因此,很明顯VCXO的調諧范圍與CL的值密切相關.對于較小的負載電容值,VCXO調諧范圍限制在上側;同樣,較大的電容值會降低下側的調諧范圍.加載電容的正確值取決于VCXO振蕩器的特性.VCXO CLK發生器的質量和特性會受到晶體選擇和PCB布局的影響.
    例如,在MAX9485設計中,為了平衡調諧范圍,調諧曲線的中心和電路板設計的簡易性,我們選擇了Ecliptek晶振(ECX-5527-27)[2]的具有14pf負載電容的27MHz晶振.有了這樣的晶體,MAX9485可以提供±200ppm的脈沖范圍,參見圖1.應該提到的是,晶體的拉伸范圍也隨包裝而變化.通常,金屬罐裝封裝具有比表面安裝器件(SMD)更大的拉動范圍.然而,最近DAISHINKUCorp制造了一種新的SMD晶體,可提供與金屬罐裝晶體相似的拉伸范圍.我們測試了SMD晶體(KDS晶振DSX530GA),發現兩個4pf并聯電容的調諧范圍約為±200ppm,見圖2.
圖1

圖2
    為了限制VCXO的調諧范圍,我們可以通過改變外部并聯電容來設置上限.并聯電容的值在4ps-7ps的范圍內,具體取決于電路板的寄生電容.另一方面,較低的范圍由內部矢量的值確定,其不能在外部改變.為了減少寄生電容對上調諧范圍的影響,在電路板布局中,我們應該盡量減小石英晶振引腳對地的寄生電容,從而在引腳與接地和電源方案之間提供良好的間隙.
圖3.輸出抖動測量.
圖4.自觸發抖動測量設置.
    為了限制VCXO的調諧范圍,我們可以通過改變外部并聯電容來設置上限.并聯電容的值在4ps-7ps的范圍內,具體取決于電路板的寄生電容.另一方面,較低的范圍由內部矢量的值確定,其不能在外部改變.為了減少寄生電容對上調諧范圍的影響,在電路板布局中,我們應該盡量減小晶體引腳對地的寄生電容,從而在引腳與接地和電源方案之間提供良好的間隙.
測量輸出CLK抖動的設置

表1.周期抖動與輸出頻率的關系
測量輸出CLK抖動的設置
    對于石英晶體振蕩器,抖動是一項重要的性能測量.有兩種最常用的抖動定義:周期抖動和周期間抖動,見圖3細節.為了測量抖動,我們可以使用高速數字采樣示波器對大量數據進行采樣,并根據定義計算抖動.Tektronix(TDS7254)或Lecroy(Wavepro960)的示波器使用配備的軟件提供這些測量.我們還可以使用高速數字示波器來測量時域中的周期抖動.圖3顯示了設置.通過時域方法,我們無法測量周期到周期的抖動.但是,如果每個周期的晶振抖動噪聲是獨立且相同分布的,則周期間抖動是周期抖動的1.414倍.MAX9485可根據不同的音頻采樣頻率和頻率比例因子產生21種不同的輸出頻率.我們使用了圖4中所示的設置測量所有可能的輸出CLK頻率的周期抖動.
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