晶振选型与晶振替代注意事项

晶振选型与晶振替代注意事项

关于晶振选型与晶振替代注意事项,晶诺威科技解释如下:

一、 TYPE AND DIMENSIONS封装和尺寸

封装类型和尺寸在选择替代晶振时确实是非常重要的因素。

晶振选型与晶振替代注意事项 插针式(DIP): 这些是传统的、分离的元件,可以通过针脚直接插到PCB上的预留孔中。这种封装类型的晶振在设计和生产上相对容易,并且通常具有较好的电气性能。但是,由于它们占用的PCB空间较大,所以对于一些紧凑的设计来说可能并不适合。

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晶振选型与晶振替代注意事项 表面贴装(SMD):这种封装类型的晶振片直接焊接在PCB的表面,从而大大减少了所占用的空间。这种封装类型的晶振通常用于需要小尺寸和高可靠性的应用中,例如手机、平板电脑和其他消费电子产品。

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晶振选型与晶振替代注意事项 尺寸:在选择替代晶振时,确保其尺寸与原始晶振相匹配是非常关键的。尺寸不匹配可能会导致安装问题,可能需要修改PCB设计或者采用其他适应性措施。还要注意晶振的长宽比例,因为这可能会影响到它的电气性能。

晶振选型与晶振替代注意事项 安装:要确保新的晶振可以轻松地安装在您的PCB上,不会对周围的元件或走线产生不利影响。此外,也要考虑在生产过程中更换晶振的难易程度。

晶振选型与晶振替代注意事项 电气特性:虽然这可能不完全取决于封装类型和尺寸,但电气性能也是必须要考虑的因素。您需要确保替代晶振能提供与原始晶振相似的频率和精度。

晶振选型与晶振替代注意事项 热性能:表面贴装晶振通常具有更好的热性能,能够更快地散发热量,从而在高温环境下保持稳定的性能。这可能是一个需要考虑的重要因素,特别是对于那些工作在高温环境中的应用。

二、LOAD CAPACITANCE负载电容:(无源晶振)

对于无源晶振而言,存在两种常见的谐振方式,即串联谐振和并联谐振,它们对应于不同的负载电容要求。在互换或替换晶振时,除了要求标称频率相同外,确保负载电容一致也是非常重要的条件。如果负载电容不匹配,可能会导致振荡频率偏离标称值,甚至造成电路工作异常。因此,为了确保晶振互换的正常工作,需要同时满足以下条件:

晶振选型与晶振替代注意事项 标称频率相同:晶振的频率是电路设计的重要参数,互换的晶振器应具有相同的标称频率,如16.000000MHz替代16.000000MHz,以确保它们在工作时产生相同的振荡频率。

晶振选型与晶振替代注意事项负载电容一致:负载电容是晶振工作的重要参数,其大小直接影响晶振的振荡频率。如果负载电容不匹配,可能导致振荡频率偏离标称值,甚至造成电路工作异常。因此,在互换或替换晶振时,需要确保负载电容一致,如12PF代替12PF,以适配电路中的设计要求。

三 、VOLTAGE OR POWER SUPPLY 电源电压(有源晶振)

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选择有源晶振的时候,工作电压确实是一个重要的考虑因素。有源晶振通常需要一个稳定的电源电压以维持其准确的振荡频率。如果电源电压不正确或不稳定,可能会导致晶振的频率偏移,从而影响设备的性能和稳定性。因此,在选择替代有源晶振时,需要确保替代晶振的工作电压范围与系统提供的电源电压兼容。有源晶振额定电压范围一般在1.8~5V之间,常见电压值为:1.8V、2.5V、2.8V、3.3V和5V。

二、 OUTPUT WAVEFORM输出波形(有源晶振)

不同的晶振可能会产生不同的输出波形。在更换晶振时,需要确保新晶振的输出波形与原晶振相同,否则可能会影响设备的正常工作。有源晶振常见输出波形为CMOS(方波),也有SINE WAVE(正弦波)、CLIPPED SINE WAVE(削峰正弦波)等。无源晶振输出波形只有一种—SINE WAVE(正弦波)。

三、 FREQUENCY TOLERANCE频差

频差指的是替代晶振的输出频率与原始晶振之间的差异。在某些应用中,频差必须在可接受范围内,以确保系统的时序和同步操作正常工作。因此,在选择替代晶振时,我们应该确保其频率与原始晶振相近,并且在系统要求的频率范围内。选择一个频差较小(即:精度更高)的晶振来替代原有晶振将有助于保持系统的时钟稳定性。

五、WORKING TEMPERATURE RANGE工作温度

了解原始晶振的工作温度范围是非常重要的。我们需要选择一个替代晶振,其工作温度范围能够满足系统的要求。如果系统在高温或低温环境中运行,我们需要确保替代晶振能够在所需的温度范围内提供可靠的性能。优化选择工作温度范围适合系统要求的替代晶振,将有助于确保系统在各种环境条件下都能正常运行。比如工作温度范围-40~+85℃的晶振可以替代-20~+70℃的,但是工作温度范围-20~+70℃的晶振却不能替代-40~+85℃的。

六、FREQUENCY频率

替代晶振的输出频率是选择的关键因素之一。确保替代晶振的频率满足系统对时钟信号的要求,以确保正常的时序和同步操作。在选择替代晶振时,我们应该注意其频率稳定性和准确性,以及在长期使用中的频率漂移。如系统对晶振的频率要求是32MHz ±10pm,这意味着该晶振实际输出的频率应该保持在31.999680~32.000320MHz这个范围。

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。

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