晶振应用知识10个小窍门

晶振应用知识10个小窍门

晶诺威科技归纳总结了晶振应用知识10个小窍门如下:

1、想选用有源晶振,应该怎么接法?

通常情况下,1脚悬空,2脚接地,3脚输出,4脚电压

2、无源晶振有正负吗?

一般两脚无源晶振不分正负极,也没有接地脚。

3、SMD3215-12.5PF-32.768KHZ这款晶振一般外接电容是多少?

15pF~18pF

4、-40℃~+85℃的晶振SMD3215在-20℃左右导致单片机持续复位,应该是什么问题?

先确认芯片捕捉晶振输出频率的范围,再确认电容,再分析电路。

5、-40℃~+85℃的电路设计,晶振可以长期使用在-20℃的温度环境吗?

如果晶振的工作温度范围为40℃~+85℃,即为宽温晶振(耐高低温晶振),是可以的。

6、晶振的参数中有一个叫load cap(负载电容), 怎么匹配外接电容?

一般算法:两边的电容相乘,再除于两边电容相加之和,得数再加上杂散电容(Cs)4-6pF。

7、无源晶振有没有5V、3.3V及1.8V之分?

无源晶振没有电压之分,它是否可以与单片机匹配工作取决于后者及匹配电路,比如激励功率 。

8、使用热风枪吹一下晶振后晶振就起振,过后就不振了是什么原因?

一般为杂散电容导致晶振发生了频率偏差问题,需要调整负载电容或外接电容大小,使晶振处于最佳工作状态。

9、想问一下什么是晶振的精度,温度频差指的又是什么?

一个是在常温下(+25℃)的频差精度范围,一个是温度频差,如工作温度在-40℃~+85℃。

10、与无源晶振相比,有源晶振有什么优势?

输入标称电压就可以有稳定频率信号输出,省去了匹配外接电容的烦恼;另外时钟信号电路抗干扰性更强,更稳定。

拓展阅读:晶体谐振器及工作原理

晶体谐振器是一种利用石英晶体压电特性,在特定频率下产生高度稳定振动的无源电子元件。 这种稳定振动与振荡电路结合后,可用于生成电子电路的基准”节拍(时钟信号)”。

其主要用途包括:

  • 生成电子设备控制电路(MCU/微控制器)的工作时序
  • 作为通信设备的频率基准
  • 应用于时钟和定时器电路

晶振应用知识10个小窍门

电子设备要实现精确运行,稳定一致的”节拍”不可或缺,而晶体谐振器正是这一核心功能的关键部件。

晶体谐振器的工作原理基于石英晶体所具有的压电效应(Piezoelectric Effect)。

压电效应是指具有以下两种特性的现象:

晶振应用知识10个小窍门

对石英晶体施加机械力时会产生电压(正压电效应)

晶振应用知识10个小窍门

对石英晶体施加电压时会发生形变(逆压电效应)

正是由于这些特性,石英晶体能够实现电能与机械振动之间的相互转换。

压电效应

当对石英晶体施加机械压力时,其表面会产生电荷。

逆压电效应

当向石英晶体施加电压时,晶体会发生形变并产生振动。

当向石英晶体施加交流电压时,晶体会随着电压变化不断伸缩,从而产生振动。此外,石英晶体还具有一种称为”共振(Resonance)”的特性,即在特定频率下能够高效振动,而该频率具有极高的稳定性。

因此,晶体谐振器具有以下特点:

  • 频率偏差极小
  • 可长期保持稳定运作
  • 不易受温度变化影响

正是这种稳定振动,确保了电子电路的精确运行。

此外,晶体谐振器通过压电效应与逆压电效应的不断重复,实现持续且稳定的频率振动。 石英晶片(Quartz Blank)的振动特性取决于其切割方式(Cut Angle)。不同切割方法会形成不同的固有振动特性,这种特性被称为振动模式(Vibration Mode)。

典型的振动模式包括:

晶振应用知识10个小窍门厚度剪切振动(Thickness-Shear Vibration)

晶振应用知识10个小窍门弯曲振动(Flexural Vibration)

利用厚度剪切振动的代表产品是AT切割晶体谐振器(AT-cut Crystal Unit);而利用弯曲振动的代表产品则是音叉型晶体谐振器(Tuning-Fork Crystal Unit)。

1、厚度剪切振动:AT切割晶体谐振器

当施加电压时,石英晶片的上下表面会沿相反方向运动,从而产生称为”厚度剪切振动”的振动模式。

晶振应用知识10个小窍门

AT-cut crystal unit structure

晶振应用知识10个小窍门

Thickness-shear vibration motion

振动频率:数MHz至数百MHz频段

※1: AT切(AT-cut)是指将人工合成石英相对于Z轴倾斜约35°15′进行切割的方法。由于其优异的频率稳定性和温度特性,是晶体谐振器和晶体振荡器中应用最广泛的石英切割方式。

2、弯曲振动:音叉型晶体谐振器

当施加电压时,石英晶片两侧的叉臂会发生弯曲,从而产生”弯曲振动”。

晶振应用知识10个小窍门

Tuning-fork crystal unit structure

晶振应用知识10个小窍门

Flexural vibration motion

振动频率:kHz频段(例如32.768kHz)

电学特性的发现:从宝石到电子科技

石英因其透明且美丽的光泽,自古以来便被作为宝石用于仪式、装饰品以及珠宝首饰,是人们十分熟悉且喜爱的矿物之一。发现这种美丽矿物具有优异电学特性的,是法国物理学家-居里兄弟(Curie Brothers)。

晶振应用知识10个小窍门

1880年,皮埃尔·居里(Pierre Curie)与雅克·居里(Jacques Curie)发现,对石英、电气石(Tourmaline)、黄玉(Topaz)以及酒石酸钾钠(Rochelle Salt)等晶体施加机械力时会产生电荷,这一现象后来被称为压电效应(Piezoelectric Effect)。”Piezo(压电)”一词来源于古希腊语”Piezein”,意为”按压”或”施压”,用以描述”通过施加压力产生电能”的现象。

随后,这一压电效应被广泛应用于电子技术领域,并发展成为今天的晶体谐振器技术。如今,晶体谐振器已成为通信设备、计算机、汽车电子以及各种现代电子产品的重要基础技术之一。
此外,皮埃尔·居里还因与妻子玛丽·居里(Marie Curie)共同开展放射性元素研究,于1903年获得诺贝尔物理学奖而广为人知。

晶振应用知识10个小窍门

在智能手机、汽车、物联网(IoT)设备等各种电子产品内部,晶体谐振器(Crystal Unit)已经成为不可或缺的重要元器件。晶体谐振器负责为电子设备产生”运行节拍(时序)”,其精度会直接影响整个产品的运行精度。例如,电子电路需要按照一定的节奏运行,而晶体谐振器就如同电子设备内部的”节拍器”,持续提供稳定且精准的时钟信号。

总结

电话:0755-23068369