如何提高晶振频率稳定性?晶诺威科技解答如下:
在实际应用中,可以通过以下几种方式来提高晶振的频率稳定性:
一、关于晶振的选型
1、选择高性能的晶体材料和制程工艺:高品质的晶体材料和制程工艺能够降低晶振的频率漂移,从而提高频率稳定性。
2、采用优化的封装结构:封装结构对晶振的频率稳定性有很大影响。优化的封装结构可以减少频率漂移,提高频率稳定性。
3、使用温度补偿晶振(TCXO)或石英谐振器:TCXO和石英谐振器具有较高的温度稳定性,能在较大的温度范围内保持较高的频率稳定性。
4、合理设计电源和负载电路:为了提高晶振的频率稳定性,电源和负载的设计也至关重要。电源电压的稳定性直接影响晶振输出频率的稳定性,因此应使用稳压器或其他手段对电源进行稳定。同时,负载应与晶振的工作频率和电容相匹配,以充分发挥晶振的性能。
二、关于晶振布线设计
1、晶振不能距离板边太近、晶振的外壳必须接地,否则易导致晶振辐射杂讯。
在板卡设计时尤其需要注意这点。外壳接地可以避免晶振向外辐射,同时可以屏蔽外来信号对晶振的干扰。如果一定要布置在PCB边缘,可以在晶振印制线边上再布一根GND线,同时在包地线上间隔一段距离就打过孔,将晶振包围起来。
2、晶振下方不能布信号线,否则易导致信号线耦合晶振谐波杂讯。
保证完全铺地,同时在晶振的300mil范围内不要布线,这样可以防止晶振干扰其他布线、元器件和层的性能。
3、若滤波器件放在晶振下方,且滤波电容与匹配电阻未按照信号流向排布,会使滤波器的滤波效果变差。
耦合电容应尽量靠近晶振的电源引脚,按电源流入方向,依容值从大到小顺序摆放。
4、时钟信号的走线应尽量简短,线宽大一些,在布线长度和远离发热源上寻找平衡。
三、关于晶振与IC的位置的说明
将晶振放在IC附近是出于对信号稳定性、传输延迟、抗干扰能力、电源管理、布局优化和兼容性等多方面的考虑。这种布局设计有助于确保电子设备能够高效、稳定地运行,提高系统的性能和可靠性,并确保数字电路能够正常工作。
拓展阅读:关于晶振频率准确度和频率稳定度的区分
频率准确度
频率准确度是指晶振的实际输出频率与其标称频率之间的偏差。通常用ppm(百万分之一)来表示,数值越小,表示晶振的实际频率越接近理想值。例如,一个标称为12MHz的晶振,如果其频率准确度为10ppm,那么它的实际频率偏差就是120Hz。
频率准确度受到多种因素的影响,包括制造公差、初始调节误差、温度变化以及电源电压变化等。即使是同一批次的晶振,也可能因为细微的加工误差而表现出不同的频率准确度。
此外,出厂校准时可能存在的微小误差也会影响频率准确度。温度变化对频率准确度的影响尤为显著,尽管在+25℃室温下晶振的准确度较高,但温度的变化会导致频率的偏移。电源电压的波动同样会导致频率的偏移,因此在实际应用中需要特别注意供电电压的稳定性。
频率稳定度
频率稳定度描述的是晶振的频率随时间、温度、电源电压、机械振动等因素变化的程度。它衡量的是在不同环境条件下,晶振频率的漂移情况。
与频率准确度相比,频率稳定度更多地关注的是晶振在长期使用过程中的频率变化情况。
温度是影响频率稳定度的主要因素之一。不同晶振的温度漂移特性各不相同,因此需要在选择晶振时特别关注其温度特性。电源电压的波动同样会影响晶振的频率稳定度,因此稳定的供电对于保持晶振的频率稳定至关重要。此外,晶振的频率还会随时间逐渐变化,这种变化通常以ppm/年来表示,称为晶振的老化。机械振动和冲击也可能导致晶振频率的瞬时漂移,因此在设计电路时需要采取必要的隔离和抗震措施。
选型建议
晶振选型时,需要根据具体的应用需求来权衡频率准确度和频率稳定度。
对于要求精确计时或高精度通信的应用,如通信基站、卫星导航系统等,需要选择频率准确度和频率稳定度都较高的晶振。
对于一些对精度要求相对较低的消费类电子产品,如普通的智能家电,可以适当放宽对频率准确度和频率稳定度的要求。
在使用晶振时,为了确保其频率稳定性,可以采取一系列措施。例如,选择合适的晶振类型,避免晶振直接暴露在较大的温度变化下,采用温度补偿方法来实时监测温度变化并对频率进行补偿控制,保持供电电压的稳定性,以及采取隔离措施来减少机械振动和电磁干扰的影响。
频率准确度和频率稳定度是衡量晶振性能的重要指标。在选购和使用晶振时,需要充分了解这两个概念并根据具体的应用需求来选择合适的晶振类型和采取相应的措施来保持其频率稳定性。通过优化选材、控制温度、稳定供电和隔离外部干扰等措施,可以提高晶振的频率稳定性,从而确保电子设备和系统的正常、稳定、精确运行。