如何为MAX1470超外差接收器选择石英晶体振荡器

石英晶体可从各种供应商处获得各种形状和尺寸，并且性能规格范围很广。其中一些规格包括谐振频率、谐振模式、负载电容、串联电阻、保持器电容和驱动电平。本应用笔记有助于理解这些参数，允许用户指定适合其应用的晶体，以及MAX1470超外差接收器电路的最佳结果。

石英晶体可从各种供应商处获得各种形状和尺寸，并且性能规格范围很广。其中一些规格包括谐振频率、谐振模式、负载电容、串联电阻、保持器电容和驱动电平。了解这些参数后，您可以指定适合您应用的晶体，并为您的MAX1470电路提供最佳结果。

晶体的等效电路如图1所示。它由运动元件组成：电阻器Rs、电感器Lm和电容器Cm以及并联电容Co。运动元件决定了串联谐振频率和谐振器的Q值。并联电容Co是晶体电极、支架和引线的函数。

图1.水晶模型。

下面详细介绍了关键性能规格。

共振频率

要指定的晶体频率取决于您有兴趣接收的频率。由于MAX1470采用10.7MHz中频和低侧注入，晶体频率由下式给出（所有单位均为MHz）：

因此，对于315MHz应用，晶体频率为4.7547MHz，而对于433.92MHz，则需要6.6128MHz晶体。只应指定基波模式晶体（无泛音）。

共振模式

晶体有两种共振模式：串联（两者中频率较低的）和并联（或反共振，两者中较高的）。所有晶体都表现出两种共振模式，在振荡器电路中它们看起来是电阻性的。在串联谐振时，运动电容Cm和电感Lm的电抗相等且相反，电阻最小。然而，在反共振点，电阻最大，电流最小。反谐振点不用于振荡器设计。

石英晶体可用于通过添加外部元件（通常是电容器）在串联和反谐振频率之间的任何频率上振荡。在晶体工业中，这被称为并联频率或模式。该频率高于串联频率，但低于晶体的真正平行共振（反共振点）。图2显示了典型的晶体阻抗与频率的关系图。

图2.晶体阻抗与频率的关系。

负载电容和牵引性

负载电容是使用并联谐振振荡模式时的重要规格。在这种模式下，晶体的总电抗略带感性，并与振荡器的负载电容并联，形成一个LC谐振电路，该电路决定了振荡器的频率。随着负载电容值的变化，输出频率也会发生变化。因此，晶体供应商必须知道振荡器电路采用的负载电容，以便可以在工厂使用相同的负载电容对其进行校准。

如果使用设计为以不同负载电容振荡的晶体，晶体将被拉离其规定的工作频率，从而在参考频率中引入误差。因此，为了将晶体拉回其所需的工作频率，需要添加外部电容器来修改负载电容

图3所示为MAX1470EVKit电路中的晶体。在该电路中，C14和C15是串联牵引电容，而C16是并联牵引电容。Cevkit相当于MAX1470，加上评估板PCB杂散电容。Cevkit约为5pF。

图3.评估板等效电路

串联牵引电容器将“加速”晶体，而并联电容器将“减慢”晶体。由于Cevkit等于5pF，如果使用负载电容为5pF的晶体，它将以其预期频率振荡，并且不需要额外的电容（C16保持打开状态，而C14和C15在电路板上短路）。评估板本身使用3pF负载电容晶体，需要2 x 15pF串联电容来加速。要计算所需的电容值，请使用：

在评估板的情况下，如果不使用2个串联电容，4.7547MHz晶体实际上将以4.7544MHz振荡，导致接收器调谐到314.98MHz而不是315.0MHz，误差约为20kHz或60ppm。

因此，关键是通过使用串联或并联电容器甚至两者的组合（取决于可用电容器的值）来匹配晶体所需的负载电容。例如，1pF负载电容晶体（或以下组合：C6 = C14 = 15pF，C27 = 16pF）只需要一个5pF并联电容。

必须注意不要对C16使用太大的值，因为它会增加通过振荡器电路的电流，导致其失效。图4显示了并联电容和振荡器电流之间的关系。

图4.晶体振荡器电流与增加的并联负载电容的关系。

在定制PCB上，如果Cevkit未知，则可以在频谱分析仪上监控IF（确保在将信号插入频谱分析仪之前使用隔直电容器），然后使用串联和并联电容器将IF“调谐”回10.7MHz。

串联电阻

对于大多数晶体，典型的串联电阻范围为25Ω至100Ω。晶体供应商通常表征该电阻，并指定串联电阻的最大值。MAX100振荡器电路不要超过1470Ω。

支架或并联电容

这是晶体电极、支架和引线的电容。典型值范围为 2pF 至 7pF。

驱动器级别

必须限制晶体中的功率耗散，否则石英晶体实际上会因过度的机械振动而失效。由于非线性行为，晶体特性也随驱动电平而变化。晶体供应商将为特定产品线指定最大驱动器级别。使用驱动电平在1μW范围内的晶体。

这些规格将允许您指定最适合MAX1470振荡器电路要求的晶体，从而提高整体性能。

审核编辑：郭婷