石英晶体设计简单振荡器时的注意事项

本教程介绍了在使用AT切割晶体的简单晶体振荡器的设计中要解决的主要设计注意事项。描述了晶体振荡器的基本质量以及在各种应用中可能影响其性能的因素。此处讨论的主题是ISM频带无线电在十年的设计和应用中遇到的问题的汇总。这些主题包括负载电容，负电阻，启动时间，频率稳定性与温度，驱动电平相关性，晶体老化，频率误差和寄生模式。

简介

本教程将重点讨论石英晶体，这是电子领域中使用最广泛的材料之一。还讨论了它的特性，为什么在某些设备上高度适用以及它在某些条件下的行为。特别地，将石英晶体用作振荡器的原材料的应用是该文献的中心。

石英晶体是具有压电特性的机械谐振器。压电特性（晶体上的电势与机械变形成正比）允许将它们用作电路元件。由于晶体的高品质因数（QF），出色的频率稳定性，严格的容差和相对较低的成本，它们被广泛用作振荡器的谐振元件。

晶体模型的基本

原理石英晶体在电气上建模为与并联电容并联的串联RLC分支（图1）。RLC系列分支（通常称为运动臂）对与机械石英谐振器的压电耦合进行建模。并联电容代表由电极金属化的平行板电容和杂散封装电容两者形成的物理电容。

图1所示的模型适用于基本模式操作。类似的模型也适用于晶体谐振器的泛音操作。泛音模型包括与图1所示的元件并联的附加串联RLC分支。附加泛音RLC串联分支的谐振频率接近基本串联谐振频率的奇数倍。

负载电容

许多晶体振荡器在晶体和施加的负载电容的并联谐振点工作。负载电容定义为在晶体封装外部施加在晶体端子之间的有效电容，如图2所示。晶体制造商指定给定的负载电容以及工作频率。

负载电容与制造商指定的负载电容不同时，会导致相对于制造商指定频率的振荡频率误差。频率误差是由于晶体的电容性“拉动”引起的。这可以通过并联并联分流电容和负载电容，然后将该总和与负载电容与运动电容串联，以形成整体有效电容来证明。

老化

晶体的串联谐振频率将随着时间缓慢变化。这称为老化。通常，几年内频率发生百万分之几的变化。大部分更改通常发生在前一两年。老化通常归因于晶体质量随时间的变化。在更高的温度和更高的振荡幅度下，老化速率会加快。

杂散模式

在基频附近通常会出现不希望的机械共振。可以将这些“寄生模式”建模为与所需基频RLC分支并行的其他串联RLC分支，其建模方式与泛音操作相同。杂散模式比所需模式具有更大的损耗（更少的振荡机会）。它们通常不会引起晶体振荡器问题，除非它们的损耗非常低或有源电路的限制非常弱。

结论

本教程介绍了使用石英晶体设计简单振荡器时应考虑的一些指导原则和注意事项。它的属性和特定功能也包括在内。

编辑：hfy