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晶振和諧振器的模擬分析

來源:http://diginow.com.cn 作者:康比電子 2018年07月21
  在毫米級(jí)應(yīng)用中,振蕩器是許多模擬電路中的通用模塊。以下文章提供了一些如何建模作為其主要成分的壓電諧振器的建議。
  表示石英晶振阻抗的RLC電路由圖1中的兩端等效物表示。

晶振和諧振器的模擬
  上面的電路表示靜態(tài)電容C0,表示由兩個(gè)電極隔開的絕緣體的影響,運(yùn)動(dòng)分支L1-C1-R1相當(dāng)于壓電振動(dòng)的隔離模式,分別模擬慣性,恢復(fù)力和摩擦力。金屬罐中的器件可能需要通過包含器件電容的三端子等效器建模,見圖2.如有必要,其他不需要的振蕩模式(如雜散)可以模擬為與L1-C1并聯(lián)的附加運(yùn)動(dòng)分支-R 1。
  準(zhǔn)確計(jì)算等效電路中的元件值對(duì)于提供可靠的仿真至關(guān)重要。加載標(biāo)準(zhǔn)模型(通常用于10MHz晶振)將產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振模式的錯(cuò)誤頻率:同樣,在牽引電路中,不正確的運(yùn)動(dòng)電容值將對(duì)變化的負(fù)載電容產(chǎn)生錯(cuò)誤的靈敏度。
  以27MHz基本晶體為例,負(fù)載電容為12pF,拉動(dòng)靈敏度為20ppm/pF。運(yùn)動(dòng)共振方程為Fs=1/[2(L1*C1)]
  對(duì)于并聯(lián)諧振,F(xiàn)p=Fs[1+C1/(2*C0)]=27.000MHz
  對(duì)于提拉靈敏度,S=1000000*C1/2(C0+Cl)²=20ppm/pF
  其中CL,負(fù)載電容為12pF。如果指定C0,作為3pF的并聯(lián)電容,則運(yùn)動(dòng)電容C1為9pF,F(xiàn)s為26.95956MHz,運(yùn)動(dòng)電感L1為3.87mH。運(yùn)動(dòng)阻力的合理范圍值是20,對(duì)于30MHz晶體和60,對(duì)于10MHz。對(duì)于其他頻率:
  陶瓷諧振器的模擬更加困難,因?yàn)檫@三個(gè)端子部件包含內(nèi)部負(fù)載電容器,并且電抗與阻抗的比率低于晶振的值。諧振頻率也低于晶體的諧振頻率,因此進(jìn)一步降低了電抗元件的尺寸。質(zhì)量因數(shù)的降低意味著更快的啟動(dòng),但缺點(diǎn)是負(fù)載電容值對(duì)石英晶體振蕩器頻率的影響大于晶體。
  兩個(gè)終端諧振器的典型值為:
  對(duì)任何振蕩器的啟動(dòng)進(jìn)行建模也是一項(xiàng)困難的工作。巴克豪森的標(biāo)準(zhǔn)是:有源晶振中的環(huán)路增益必須等于或大于1,并且相移必須是2,的倍數(shù),以便電路啟動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中,增加一個(gè)與晶體或諧振器并聯(lián)的大電阻可以改善啟動(dòng),因此諧振器的電阻值為1Megohm,1MHz以上的晶體電流為10Megohm,表面晶體的電阻值為22Megohm可能會(huì)在仿真中得到一些積極的結(jié)果
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