ECS陶瓷晶振應用說明
來源：http://www.djbyg.com 作者：金洛鑫電子 2018年12月14
曾經(jīng)陶瓷晶振占據(jù)了頻率元件大份額的市場，被廣泛應用到廣播音頻，游戲機，電話機，智能體溫計/血壓計，電視機，遙控器等常見的產(chǎn)品上。亞洲地區(qū)比較有名的陶瓷諧振器制造商是村田，而在歐美也有一家足以與村田媲美的廠家，叫做ECS公司，目前這個品牌在我國的逐漸為人熟知。ECS晶振是1980年才創(chuàng)立的品牌，總公司在美國，陶瓷諧振器只是其中一個業(yè)務，所以型號并不是很多，但ECS對待任何產(chǎn)品都始終如一，盡心盡力的做好，接下來是ECS分享的關于陶瓷晶振的應用說明和注意事項，由金洛鑫電子整理并提供。
這是一篇關于陶瓷晶振比較詳細的文章，感興趣或有需求的采購和工程可以仔細閱讀，有任何不明白的地方，歡迎聯(lián)系我司提出疑問，我們將竭誠為您服務，提供免費的技術支持和樣品支持！
ECS陶瓷諧振器型號規(guī)格表：
陶瓷諧振器的工作原理:
等效電路常數(shù)：圖1.2顯示了陶瓷諧振器的符號。端子間的阻抗和相位特性如圖1.5所示。該圖說明諧振器在提供最小阻抗的頻率fr（諧振頻率）和提供最大阻抗的頻率fa（反諧振頻率）之間的頻率范圍內(nèi)變?yōu)殡姼行缘摹Ｋ谄渌l率范圍內(nèi)變得具有電容性。這意味著雙端諧振器的機械振動可以用等效電路代替，該等電路由串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路的組合構(gòu)成，其中包括電感器L，電容器C和電阻器R.在諧振頻率附近，等效電路可以表示如圖1.4所示。fr和fa頻率由壓電陶瓷材料及其物理參數(shù)決定。等效的循環(huán)常數(shù)可以從以下公式確定：
考慮到fr
基本振蕩電路：
通常，振蕩電路可以分為以下三種類型：
1.積極的反饋
2.負電阻元件
3.在陶瓷諧振器，石英晶體諧振器和LC振蕩器的情況下，傳輸時間或相位的延遲，正反饋是首選電路。在使用LC的正反饋振蕩電路中，通常使用Colpitts和Hartley的調(diào)諧型反耦合振蕩電路。見圖1.7。
在圖1.7中，使用了最基本的放大器晶體管。
振蕩頻率與由Colpitts電路中的L，CL1和Cl2組成的電路的諧振頻率大致相同，或者由Hartley電路中的L1，L2和C組成。這些頻率可以用下面的公式表示。
在陶瓷諧振器振蕩器中，利用陶瓷諧振器代替電感器，利用晶振在諧振和反諧振頻率之間變?yōu)殡姼械氖聦崱Ｗ畛Ｓ玫碾娐肥荂olpitts電路。這些振蕩電路的工作原理如圖2.1所示。當滿足以下條件時發(fā)生振蕩。環(huán)路增益：G=a：B> 1 相位數(shù)：
在Colpitts電路中，使用180°的反轉(zhuǎn)，并且在反饋電路中用L和C反轉(zhuǎn)大于180°。使用陶瓷諧振器的操作可以被認為是相同的。
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典型的振蕩電路：陶瓷諧振器最常見的振蕩器電路是Colpitts電路。電路的設計隨應用和要使用的IC等而變化。雖然電路的基本配置與晶體控制振蕩器的基本配置相同，但機械Q的差異是由電路常數(shù)的差異引起的。一些典型的例子如下。
設計注意事項：使用逆變器門將數(shù)字IC配置成振蕩電路變得越來越普遍。下頁的圖3.1顯示了帶CMOS反相器的基本振蕩電路的配置。INV.1用作振蕩電路的反相放大器。INV.2用作波形整形器，并且還用作輸出的緩沖器。反饋電阻Rf在逆變器周圍提供負反饋，以便在通電時振蕩開始。如果Rf的值太大而輸入逆變器的絕緣電阻太低，則由于環(huán)路增益的損失，振蕩將停止。而且，如果Rf太大，則可以將來自其他電路的噪聲引入振蕩電路。顯然，如果1M的Rf通常與陶瓷諧振器一起使用。阻尼電阻Rd具有以下功能，但有時省略。它使逆變器和反饋電路之間的耦合松動; 從而減小逆變器輸出側(cè)的負載。此外，反饋電路的相位穩(wěn)定。它還提供了一種降低較高頻率增益的方法，從而防止了寄生振蕩的可能性。
負載電容：負載電容CL1和CL2提供180°的相位滯后。應根據(jù)應用，使用的IC和頻率正確選擇這些值。如果CL1和CL2的值低于必要值，則高頻環(huán)路增益會增加，從而增加寄生振蕩的可能性。這特別有可能在厚度振動模式所在的4-5MHz附近。
這清楚地表明振蕩頻率受負載電容的影響。當需要對振蕩頻率的嚴格公差時，應注意定義其值。
CMOS反相器： CMOS反相器可用作反相放大器，4069 CMOS組的單級型最有用。由于增益過大，環(huán)形振蕩或CR振蕩是使用諸如4049組的三級緩沖型逆變器時的典型問題。伊西斯晶振公司采用RCA CD4O69UBE作為CMOS標準電路，如圖3.2所示。
HCMOS逆變器電路：最近，高速CMOS（HCMOS）越來越多地用于允許微處理器的高速和低功耗的電路。HCMOS逆變器有兩種類型：非緩沖74HCU系列和帶緩沖器的74HC系列。74HCU系統(tǒng)是陶瓷諧振器的最佳選擇。見圖3.3。
TTL逆變電路：由于阻抗匹配，負載電容CL1和CL2的值應大于CMOS的值。此外，反饋電阻Rf應小至幾K.注意，需要偏置電阻Rd來正確確定DC工作點。
頻率相關：下頁顯示的振蕩器電路是ECS標準測試電路。這些電路中使用的逆變器被廣泛接受為工業(yè)標準，因為它們的特性代表了同一系列（CMOS/HCMOS/TTL）中微處理器中的特性。當然，應用將使用不同的IC，并且可以預期，振蕩器電路特性將因IC而異。通常，這種變化可以忽略不計，并且可以簡單地通過將處理器分類為CMOS，HCMOS或TTL來選擇陶瓷諧振器部件號。鑒于標準壓電陶瓷諧振器在下頁中對測試電路進行100％頻率分類，因此相對容易將我們的標準電路的振蕩頻率與客戶指定電路的振蕩頻率相關聯(lián)。例如，如果使用的微處理器是頻率為4MHz的Motorola 6805，那么正確的ECS部件號將是ZTA4.OMG（頻率分類到CD4O69UBE CMOS測試電路）。電路參數(shù)應選擇如下：
通過實際設置該電路以及下面圖3.1所示的標準測試電路，可以確定使用帶有6805處理器的ZTA5.OMG時可以預期的平均偏移。實際數(shù)據(jù)如下所示：
根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以預測標準4M的ZTA晶振頻率偏離原始的4.00MHz+0.5％初始容差約+0.06％。這當然是一個可以忽略不計的轉(zhuǎn)變，不會以任何方式影響電路性能。
各種IC/LSI電路：
陶瓷諧振器通過充分利用前面提到的特征，與各種IC結(jié)合使用，用于廣泛的應用。以下是一些實際應用的例子。
微處理器的應用：陶瓷諧振器是各種微處理器的穩(wěn)定振蕩元件的最佳選擇：4位，8位和16位。由于微處理器參考時鐘所需的一般頻率容差為+2％-3％，因此標準單元滿足此要求。向您的ECS或LSI制造商詢問電路常數(shù)，因為它們隨頻率和使用的LSI電路而變化。圖A示出了具有4位微處理器的應用，圖B示出了具有8位微處理器的應用。
遙控IC：遙控器越來越成為一種常見功能。振蕩頻率通常為400-500KHz，455KHz陶瓷進口晶振是最受歡迎的。該455KHz被載波信號發(fā)生器分頻，從而產(chǎn)生大約38KHz的載波。
VCO（壓控晶體振蕩器）電路：VCO電路用于電視和音頻設備，因為信號需要與廣播電臺發(fā)送的導頻信號同步處理。最初使用振蕩電路，例如LC和RC;然而，現(xiàn)在使用陶瓷諧振器，因為它們不需要調(diào)整，并且比舊式電路具有更好的穩(wěn)定性。用于VCO應用的諧振器需要具有寬的可變頻率。
其他：除上述用途外，陶瓷諧振器廣泛用于IC用于語音合成和時鐘生成。對于一般的定時控制應用，振蕩頻率通常由用戶根據(jù)IC制造商推薦的工作頻率范圍選擇。用給定的IC選擇這個頻率將決定什么電路值和哪個陶瓷諧振器是合適的。選擇陶瓷諧振器部件號時，請聯(lián)系您當?shù)氐腅CS銷售代表。如前所述，陶瓷諧振器有許多應用。一些更具特定應用的振蕩器電路要求為該應用和IC開發(fā)獨特的陶瓷諧振器。
振蕩上升時間：
振蕩上升時間是指在激活IC的電源時振蕩從瞬態(tài)區(qū)域發(fā)展到穩(wěn)定區(qū)域的時間。對于陶瓷諧振器，定義為在穩(wěn)定條件下達到振蕩水平90％的時間，如圖6.1所示。上升時間主要是振蕩電路設計的函數(shù)。通常，較小的負載電容，較高頻率的陶瓷諧振器和較小尺寸的陶瓷諧振器將導致較快的上升時間。隨著諧振器的電容減小，負載電容的影響變得更明顯。圖6.2顯示了對負載電容（CL）和電源電壓的上升時間的實際測量。值得注意的是，陶瓷諧振器的上升時間比石英晶體快一到二十倍。（這一點在圖6中用圖解說明。
啟動電壓：啟動電壓是指振蕩電路可以工作的最小電源電壓。所有電路元件都會影響啟動電壓。它主要取決于IC的特性。圖6.4示出了相對于負載電容的起始電壓特性的實際測量的示例。
陶瓷共振器振蕩特性：
下面描述基本電路中振蕩的一般特性。有關特定類型的IC和LSI的振蕩特性，請與ECS International聯(lián)系。對溫度的穩(wěn)定性在-20℃至+80℃的范圍內(nèi)變化ia+0.3％至0.5％，盡管它根據(jù)陶瓷材料略有變化。負載電容（CL1，CL2）對振蕩頻率的影響相對較高，可以從fosc的公式計算得出。由于工作電壓范圍內(nèi)的電容偏差為+0.1％，fosc變化約+0.1％。fosc也隨IC的特性而變化。
電源電壓變化特性：有關給定振蕩頻率的實際穩(wěn)定性測量示例，請參見下面的圖1。
振蕩電平：以下是振蕩電平與溫度，電源電壓和負載電容（CL1，CL2）的實際測量示例。振蕩水平要求在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，并且溫度特性應盡可能平坦。除非IC具有內(nèi)部恒定電壓電源，否則這種變化與電源電壓呈線性關系。
對于美國ECS公司量產(chǎn)的陶瓷晶振，許多生產(chǎn)廠家并不了解甚至不知道，現(xiàn)在陶瓷諧振器在市場上仍占有一定的比例，雖然不復以往的輝煌，但因為物美價廉而受到中低端工廠的喜愛和長期使用。陶瓷晶振主要分為兩種，一種是貼片型，另一種是插件型，要根據(jù)產(chǎn)品板子來選擇。
這是一篇關于陶瓷晶振比較詳細的文章，感興趣或有需求的采購和工程可以仔細閱讀，有任何不明白的地方，歡迎聯(lián)系我司提出疑問，我們將竭誠為您服務，提供免費的技術支持和樣品支持！
ECS陶瓷諧振器型號規(guī)格表：
陶瓷諧振器的工作原理:
等效電路常數(shù)：圖1.2顯示了陶瓷諧振器的符號。端子間的阻抗和相位特性如圖1.5所示。該圖說明諧振器在提供最小阻抗的頻率fr（諧振頻率）和提供最大阻抗的頻率fa（反諧振頻率）之間的頻率范圍內(nèi)變?yōu)殡姼行缘摹Ｋ谄渌l率范圍內(nèi)變得具有電容性。這意味著雙端諧振器的機械振動可以用等效電路代替，該等電路由串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路的組合構(gòu)成，其中包括電感器L，電容器C和電阻器R.在諧振頻率附近，等效電路可以表示如圖1.4所示。fr和fa頻率由壓電陶瓷材料及其物理參數(shù)決定。等效的循環(huán)常數(shù)可以從以下公式確定：
考慮到fr
基本振蕩電路：
通常，振蕩電路可以分為以下三種類型：
1.積極的反饋
2.負電阻元件
3.在陶瓷諧振器，石英晶體諧振器和LC振蕩器的情況下，傳輸時間或相位的延遲，正反饋是首選電路。在使用LC的正反饋振蕩電路中，通常使用Colpitts和Hartley的調(diào)諧型反耦合振蕩電路。見圖1.7。
在圖1.7中，使用了最基本的放大器晶體管。
振蕩頻率與由Colpitts電路中的L，CL1和Cl2組成的電路的諧振頻率大致相同，或者由Hartley電路中的L1，L2和C組成。這些頻率可以用下面的公式表示。
在陶瓷諧振器振蕩器中，利用陶瓷諧振器代替電感器，利用晶振在諧振和反諧振頻率之間變?yōu)殡姼械氖聦崱Ｗ畛Ｓ玫碾娐肥荂olpitts電路。這些振蕩電路的工作原理如圖2.1所示。當滿足以下條件時發(fā)生振蕩。環(huán)路增益：G=a：B> 1 相位數(shù)：
在Colpitts電路中，使用180°的反轉(zhuǎn)，并且在反饋電路中用L和C反轉(zhuǎn)大于180°。使用陶瓷諧振器的操作可以被認為是相同的。
典型的振蕩電路：陶瓷諧振器最常見的振蕩器電路是Colpitts電路。電路的設計隨應用和要使用的IC等而變化。雖然電路的基本配置與晶體控制振蕩器的基本配置相同，但機械Q的差異是由電路常數(shù)的差異引起的。一些典型的例子如下。
設計注意事項：使用逆變器門將數(shù)字IC配置成振蕩電路變得越來越普遍。下頁的圖3.1顯示了帶CMOS反相器的基本振蕩電路的配置。INV.1用作振蕩電路的反相放大器。INV.2用作波形整形器，并且還用作輸出的緩沖器。反饋電阻Rf在逆變器周圍提供負反饋，以便在通電時振蕩開始。如果Rf的值太大而輸入逆變器的絕緣電阻太低，則由于環(huán)路增益的損失，振蕩將停止。而且，如果Rf太大，則可以將來自其他電路的噪聲引入振蕩電路。顯然，如果1M的Rf通常與陶瓷諧振器一起使用。阻尼電阻Rd具有以下功能，但有時省略。它使逆變器和反饋電路之間的耦合松動; 從而減小逆變器輸出側(cè)的負載。此外，反饋電路的相位穩(wěn)定。它還提供了一種降低較高頻率增益的方法，從而防止了寄生振蕩的可能性。
負載電容：負載電容CL1和CL2提供180°的相位滯后。應根據(jù)應用，使用的IC和頻率正確選擇這些值。如果CL1和CL2的值低于必要值，則高頻環(huán)路增益會增加，從而增加寄生振蕩的可能性。這特別有可能在厚度振動模式所在的4-5MHz附近。
這清楚地表明振蕩頻率受負載電容的影響。當需要對振蕩頻率的嚴格公差時，應注意定義其值。
CMOS反相器： CMOS反相器可用作反相放大器，4069 CMOS組的單級型最有用。由于增益過大，環(huán)形振蕩或CR振蕩是使用諸如4049組的三級緩沖型逆變器時的典型問題。伊西斯晶振公司采用RCA CD4O69UBE作為CMOS標準電路，如圖3.2所示。
HCMOS逆變器電路：最近，高速CMOS（HCMOS）越來越多地用于允許微處理器的高速和低功耗的電路。HCMOS逆變器有兩種類型：非緩沖74HCU系列和帶緩沖器的74HC系列。74HCU系統(tǒng)是陶瓷諧振器的最佳選擇。見圖3.3。
TTL逆變電路：由于阻抗匹配，負載電容CL1和CL2的值應大于CMOS的值。此外，反饋電阻Rf應小至幾K.注意，需要偏置電阻Rd來正確確定DC工作點。
頻率相關：下頁顯示的振蕩器電路是ECS標準測試電路。這些電路中使用的逆變器被廣泛接受為工業(yè)標準，因為它們的特性代表了同一系列（CMOS/HCMOS/TTL）中微處理器中的特性。當然，應用將使用不同的IC，并且可以預期，振蕩器電路特性將因IC而異。通常，這種變化可以忽略不計，并且可以簡單地通過將處理器分類為CMOS，HCMOS或TTL來選擇陶瓷諧振器部件號。鑒于標準壓電陶瓷諧振器在下頁中對測試電路進行100％頻率分類，因此相對容易將我們的標準電路的振蕩頻率與客戶指定電路的振蕩頻率相關聯(lián)。例如，如果使用的微處理器是頻率為4MHz的Motorola 6805，那么正確的ECS部件號將是ZTA4.OMG（頻率分類到CD4O69UBE CMOS測試電路）。電路參數(shù)應選擇如下：
通過實際設置該電路以及下面圖3.1所示的標準測試電路，可以確定使用帶有6805處理器的ZTA5.OMG時可以預期的平均偏移。實際數(shù)據(jù)如下所示：
根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以預測標準4M的ZTA晶振頻率偏離原始的4.00MHz+0.5％初始容差約+0.06％。這當然是一個可以忽略不計的轉(zhuǎn)變，不會以任何方式影響電路性能。
各種IC/LSI電路：
陶瓷諧振器通過充分利用前面提到的特征，與各種IC結(jié)合使用，用于廣泛的應用。以下是一些實際應用的例子。
微處理器的應用：陶瓷諧振器是各種微處理器的穩(wěn)定振蕩元件的最佳選擇：4位，8位和16位。由于微處理器參考時鐘所需的一般頻率容差為+2％-3％，因此標準單元滿足此要求。向您的ECS或LSI制造商詢問電路常數(shù)，因為它們隨頻率和使用的LSI電路而變化。圖A示出了具有4位微處理器的應用，圖B示出了具有8位微處理器的應用。
遙控IC：遙控器越來越成為一種常見功能。振蕩頻率通常為400-500KHz，455KHz陶瓷進口晶振是最受歡迎的。該455KHz被載波信號發(fā)生器分頻，從而產(chǎn)生大約38KHz的載波。
VCO（壓控晶體振蕩器）電路：VCO電路用于電視和音頻設備，因為信號需要與廣播電臺發(fā)送的導頻信號同步處理。最初使用振蕩電路，例如LC和RC;然而，現(xiàn)在使用陶瓷諧振器，因為它們不需要調(diào)整，并且比舊式電路具有更好的穩(wěn)定性。用于VCO應用的諧振器需要具有寬的可變頻率。
其他：除上述用途外，陶瓷諧振器廣泛用于IC用于語音合成和時鐘生成。對于一般的定時控制應用，振蕩頻率通常由用戶根據(jù)IC制造商推薦的工作頻率范圍選擇。用給定的IC選擇這個頻率將決定什么電路值和哪個陶瓷諧振器是合適的。選擇陶瓷諧振器部件號時，請聯(lián)系您當?shù)氐腅CS銷售代表。如前所述，陶瓷諧振器有許多應用。一些更具特定應用的振蕩器電路要求為該應用和IC開發(fā)獨特的陶瓷諧振器。
振蕩上升時間：
振蕩上升時間是指在激活IC的電源時振蕩從瞬態(tài)區(qū)域發(fā)展到穩(wěn)定區(qū)域的時間。對于陶瓷諧振器，定義為在穩(wěn)定條件下達到振蕩水平90％的時間，如圖6.1所示。上升時間主要是振蕩電路設計的函數(shù)。通常，較小的負載電容，較高頻率的陶瓷諧振器和較小尺寸的陶瓷諧振器將導致較快的上升時間。隨著諧振器的電容減小，負載電容的影響變得更明顯。圖6.2顯示了對負載電容（CL）和電源電壓的上升時間的實際測量。值得注意的是，陶瓷諧振器的上升時間比石英晶體快一到二十倍。（這一點在圖6中用圖解說明。
啟動電壓：啟動電壓是指振蕩電路可以工作的最小電源電壓。所有電路元件都會影響啟動電壓。它主要取決于IC的特性。圖6.4示出了相對于負載電容的起始電壓特性的實際測量的示例。
陶瓷共振器振蕩特性：
下面描述基本電路中振蕩的一般特性。有關特定類型的IC和LSI的振蕩特性，請與ECS International聯(lián)系。對溫度的穩(wěn)定性在-20℃至+80℃的范圍內(nèi)變化ia+0.3％至0.5％，盡管它根據(jù)陶瓷材料略有變化。負載電容（CL1，CL2）對振蕩頻率的影響相對較高，可以從fosc的公式計算得出。由于工作電壓范圍內(nèi)的電容偏差為+0.1％，fosc變化約+0.1％。fosc也隨IC的特性而變化。
電源電壓變化特性：有關給定振蕩頻率的實際穩(wěn)定性測量示例，請參見下面的圖1。
振蕩電平：以下是振蕩電平與溫度，電源電壓和負載電容（CL1，CL2）的實際測量示例。振蕩水平要求在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，并且溫度特性應盡可能平坦。除非IC具有內(nèi)部恒定電壓電源，否則這種變化與電源電壓呈線性關系。
對于美國ECS公司量產(chǎn)的陶瓷晶振，許多生產(chǎn)廠家并不了解甚至不知道，現(xiàn)在陶瓷諧振器在市場上仍占有一定的比例，雖然不復以往的輝煌，但因為物美價廉而受到中低端工廠的喜愛和長期使用。陶瓷晶振主要分為兩種，一種是貼片型，另一種是插件型，要根據(jù)產(chǎn)品板子來選擇。
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