石英晶体的热滞后现象及贴片晶振应用注意事项

石英晶体的热滞后现象及贴片晶振应用注意事项

无源贴片晶振有两个重要电气参数:频偏和温偏。其单位都是PPM。晶振的标称频率不是一直稳定的,在某些环境下晶振频率会有误差,误差越大电路稳定性越差,严重时甚至会导致电路无法正常工作。

在无源贴片晶振实际应用中,需要注意事项如下:

  1. 两个匹配电容(又叫接地电容或外接电容)尽量靠近晶振引脚。
  2. 贴片晶振内部核心部分为石英晶片,容易受外力撞击或跌落的影响而破碎,因此尽量避免贴片晶振位于电路板边缘,建议尽量将其靠近芯片位置。
  3. 晶振走线需要用GND保护好,同时远离敏感信号如RF、CLK信号以及高速信号源。
  4. 晶振的摆放需要远离热源,因为高温也会影响晶振频偏

 

无源贴片晶振负载电容的计算公式是:

CL=C1*C2/(C1+C2)+Cic+Cp

Cic为集成电路内部电容,Cp为电路板板的寄生电容,寄生电容过大,将会导致负载电容偏大,从而引起晶振频偏,这个时候减小匹配电容C1和C2可能会有所改善,但有时却是治标不治本的措施。

在一些贴片晶振电路板设计中,相邻层挖空(净空)或者同一层和相邻层均净空处理,第三层需要有完整的地平面,这么做的原因是维持负载电容的恒定。

电容的物理公式是:C=εS/4πKd,即贴片晶振焊盘与邻近地平面之间的面积S和距离d均会影响寄生电容大小,因为面积S是不变,所以影响寄生电容的因素只剩下距离d,通过挖空贴片晶振同一层的地和相邻层的地,可以增大贴片晶振焊盘与地平面之间的距离,借此方式来达到减小寄生电容的效果。这样做不仅一方面维持了负载电容恒定,另一方面很大程度隔绝了热量传导,避免周围杂散信号或其它发热元器件产生的热量通过铜皮传导至贴片晶振。故净空不铺铜,通过隔绝热量传导达到避免晶振受其干扰发生频偏之最终目的。

 

注:

石英晶体的热滞后现象

当晶振加热或者降低到某个温度后再降到常温,与最初在常温下测试所得数据进行比对时,通常情况下会产生一定差异,这就是石英晶体的热滞后现象。

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