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更多>>有源晶振啟動時間
來源：http://diginow.com.cn 作者：康比電子 2019年04月27
壓電石英晶體是電子產(chǎn)品不能缺少的"心臟",更無法想象沒有石英晶振的世界會是怎樣的.其實有很多方法可以用一塊石英切割晶體諧振器.AT切割晶體因其良好的溫度系數(shù)特性和從一個樣品到另一個樣品的一致性而廣受歡迎.晶體因其高品質(zhì)因數(shù)(QF)而廣泛用于振蕩器,時基和頻率合成器;出色的頻率穩(wěn)定性,嚴格的生產(chǎn)公差;而且成本相對較低.下面康比電子介紹關于有源晶振啟動時間及頻率穩(wěn)定性與溫度技術資料.
啟動時間
有源晶振的啟動時間的定義可以根據(jù)系統(tǒng)的類型而變化.對于微處理器系統(tǒng),啟動時間通常是從初始功率應用到穩(wěn)定時鐘信號可用的時間.鎖相環(huán)(PLL)的啟動時間通常是從初始功率施加到穩(wěn)定參考信號可用時的時間,通常穩(wěn)定在距最終穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的可接受頻率偏移內(nèi).晶體振蕩器的啟動時間取決于開啟時的噪聲或瞬態(tài)條件;由于負電阻導致的小信號包絡擴展;和大信號限幅.
包絡擴展僅是總負阻和晶體的運動電感的函數(shù).簡化的等效串聯(lián)LCR電路包含運動電感,三點振蕩器的施加負電阻和晶體的運動電阻之和,以及整個網(wǎng)絡的有效串聯(lián)電容(由運動電容支配).未驅(qū)動的網(wǎng)絡可以使用以下方式建模:
s*L+R+1/(s*C)=0
將兩邊乘以s/L給出:
s2+s*(R/L)+1/(L*C)=0
根位于:
½*{-R/L±√[(R/L)2-4/(L*C)]}
因為平方根內(nèi)的R/L項被1/(L*C)項淹沒,所以方程可以簡化為
-R/(2*L)±-j*√[1/(L*C)]
因為凈電阻R是負的,所以極點在右半平面中.由此產(chǎn)生的微分方程的時域解是:
V(t)=K*[e|(R/2*L)|*t]*sin{2Πt√[1/(L*C)]+Θ}
其中K是常數(shù),Θ是任意相,兩者都與初始啟動條件有關.指數(shù)擴展僅對小信號條件有效,因為電路可用的功率有限.
包絡擴展的時間常數(shù)是正的.它與三點石英晶體振蕩器的凈負電阻和動態(tài)電阻成正比,與運動電感成反比.由于晶體的大運動電感和有限的凈負電阻,晶體振蕩器具有較長的啟動時間.
作為包絡擴展時間常數(shù)的一個例子,假設一個具有5-fF運動電容的晶體和一個具有1500-Ω負電阻的振蕩器,工作頻率為10MHz.從動態(tài)電容和工作頻率,50.7毫亨的動態(tài)電感可以用L=1/(C*ω來計算2).該運動電感產(chǎn)生包絡擴展時間常數(shù)t=2*L/|R|=67.55μs.
在降低頻率牽引(由于低運動電容)和較長啟動時間(由于高運動電感)之間存在折衷,因為高運動電感是低運動電容的結(jié)果.(兩者的乘積或多或少是固定的.)這種相互依賴性部分地通過較小的運動電容與較小的并聯(lián)電容相關聯(lián)來減輕,這產(chǎn)生較大的負電阻并由此改善啟動時間.
啟動時間是電池供電應用中的一個重要考慮因素,其中設備經(jīng)常打開和關閉.較短的振蕩器啟動時間可減少低功率無線電系統(tǒng)(例如使用MAX7032收發(fā)器和MAX1472或MAX7058發(fā)射器的系統(tǒng))的能源浪費.
頻率穩(wěn)定性與溫度
隨著溫度的變化,所有晶振的共振頻率都不同.頻率變化的方式取決于切割晶體的角度.AT切割石英晶振的相對頻移與溫度的關系可以表示為三次多項式.
Δf/f0=A0+A1(T-T0)+A2(T-T0)2+A3(T-T0)3
其中系數(shù)A0至A3是切割角度的函數(shù).
頻率穩(wěn)定性在使用晶體作為頻率參考的系統(tǒng)中很重要.對于高頻窄帶應用尤其如此.考慮863至870MHz歐洲ISM頻段中的25kHz信道.頻率漂移僅為5kHz(小于6ppm)可能導致通信故障或法規(guī)不合規(guī).
即使在零容差晶體完全切割且不老化的情況下,在-40°C至85°C的耐高溫晶振中的"工業(yè)規(guī)格"溫度范圍內(nèi)保持漂移遠低于6ppm也是不可能的.在這種情況下,帶有內(nèi)部溫度傳感器和窄頻步分數(shù)N合成器的無線電系統(tǒng),如MAX7049發(fā)射器,可用于補償已知的溫度變化.
啟動時間
有源晶振的啟動時間的定義可以根據(jù)系統(tǒng)的類型而變化.對于微處理器系統(tǒng),啟動時間通常是從初始功率應用到穩(wěn)定時鐘信號可用的時間.鎖相環(huán)(PLL)的啟動時間通常是從初始功率施加到穩(wěn)定參考信號可用時的時間,通常穩(wěn)定在距最終穩(wěn)態(tài)振蕩頻率的可接受頻率偏移內(nèi).晶體振蕩器的啟動時間取決于開啟時的噪聲或瞬態(tài)條件;由于負電阻導致的小信號包絡擴展;和大信號限幅.
包絡擴展僅是總負阻和晶體的運動電感的函數(shù).簡化的等效串聯(lián)LCR電路包含運動電感,三點振蕩器的施加負電阻和晶體的運動電阻之和,以及整個網(wǎng)絡的有效串聯(lián)電容(由運動電容支配).未驅(qū)動的網(wǎng)絡可以使用以下方式建模:
s*L+R+1/(s*C)=0
將兩邊乘以s/L給出:
s2+s*(R/L)+1/(L*C)=0
根位于:
½*{-R/L±√[(R/L)2-4/(L*C)]}
因為平方根內(nèi)的R/L項被1/(L*C)項淹沒,所以方程可以簡化為
-R/(2*L)±-j*√[1/(L*C)]
因為凈電阻R是負的,所以極點在右半平面中.由此產(chǎn)生的微分方程的時域解是:
V(t)=K*[e|(R/2*L)|*t]*sin{2Πt√[1/(L*C)]+Θ}
包絡擴展的時間常數(shù)是正的.它與三點石英晶體振蕩器的凈負電阻和動態(tài)電阻成正比,與運動電感成反比.由于晶體的大運動電感和有限的凈負電阻,晶體振蕩器具有較長的啟動時間.
作為包絡擴展時間常數(shù)的一個例子,假設一個具有5-fF運動電容的晶體和一個具有1500-Ω負電阻的振蕩器,工作頻率為10MHz.從動態(tài)電容和工作頻率,50.7毫亨的動態(tài)電感可以用L=1/(C*ω來計算2).該運動電感產(chǎn)生包絡擴展時間常數(shù)t=2*L/|R|=67.55μs.
在降低頻率牽引(由于低運動電容)和較長啟動時間(由于高運動電感)之間存在折衷,因為高運動電感是低運動電容的結(jié)果.(兩者的乘積或多或少是固定的.)這種相互依賴性部分地通過較小的運動電容與較小的并聯(lián)電容相關聯(lián)來減輕,這產(chǎn)生較大的負電阻并由此改善啟動時間.
啟動時間是電池供電應用中的一個重要考慮因素,其中設備經(jīng)常打開和關閉.較短的振蕩器啟動時間可減少低功率無線電系統(tǒng)(例如使用MAX7032收發(fā)器和MAX1472或MAX7058發(fā)射器的系統(tǒng))的能源浪費.
頻率穩(wěn)定性與溫度
Δf/f0=A0+A1(T-T0)+A2(T-T0)2+A3(T-T0)3
其中系數(shù)A0至A3是切割角度的函數(shù).
頻率穩(wěn)定性在使用晶體作為頻率參考的系統(tǒng)中很重要.對于高頻窄帶應用尤其如此.考慮863至870MHz歐洲ISM頻段中的25kHz信道.頻率漂移僅為5kHz(小于6ppm)可能導致通信故障或法規(guī)不合規(guī).
即使在零容差晶體完全切割且不老化的情況下,在-40°C至85°C的耐高溫晶振中的"工業(yè)規(guī)格"溫度范圍內(nèi)保持漂移遠低于6ppm也是不可能的.在這種情況下,帶有內(nèi)部溫度傳感器和窄頻步分數(shù)N合成器的無線電系統(tǒng),如MAX7049發(fā)射器,可用于補償已知的溫度變化.
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