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有源晶振启动时间

来源:http://mystarbucksmoment.cn 作者:康比电子 2019年04月27
    压电石英晶体是电子产品不能缺少的"心脏",更无法想象没有石英晶振的世界会是怎样的.其实有很多方法可以用一块石英切割晶体谐振器.AT切割晶体因其良好的温度系数特性和从一个样品到另一个样品的一致性而广受欢迎.晶体因其高品质因数(QF)而广泛用于振荡器,时基和频率合成器;出色的频率稳定性,严格的生产公差;而且成本相对较低.下面康比电子介绍关于有源晶振启动时间及频率稳定性与温度技术资料.
启动时间
    有源晶振的启动时间的定义可以根据系统的类型而变化.对于微处理器系统,启动时间通常是从初始功率应用到稳定时钟信号可用的时间.锁相环(PLL)的启动时间通常是从初始功率施加到稳定参考信号可用时的时间,通常稳定在距最终稳态振荡频率的可接受频率偏移内.晶体振荡器的启动时间取决于开启时的噪声或瞬态条件;由于负电阻导致的小信号包络扩展;和大信号限幅.
    包络扩展仅是总负阻和晶体的运动电感的函数.简化的等效串联LCR电路包含运动电感,三点振荡器的施加负电阻和晶体的运动电阻之和,以及整个网络的有效串联电容(由运动电容支配).未驱动的网络可以使用以下方式建模:
    s*L+R+1/(s*C)=0
    将两边乘以s/L给出:
    s2+s*(R/L)+1/(L*C)=0
根位于:
    ½*{-R/L±√[(R/L)2-4/(L*C)]}
    因为平方根内的R/L项被1/(L*C)项淹没,所以方程可以简化为
    -R/(2*L)±-j*√[1/(L*C)]
    因为净电阻R是负的,所以极点在右半平面中.由此产生的微分方程的时域解是:
    V(t)=K*[e|(R/2*L)|*t]*sin{2Πt√[1/(L*C)]+Θ}
    其中K是常数,Θ是任意相,两者都与初始启动条件有关.指数扩展仅对小信号条件有效,因为电路可用的功率有限.
    包络扩展的时间常数是正的.它与三点的净负电阻和动态电阻成正比,与运动电感成反比.由于晶体的大运动电感和有限的净负电阻,晶体振荡器具有较长的启动时间.
    作为包络扩展时间常数的一个例子,假设一个具有5-fF运动电容的晶体和一个具有1500-Ω负电阻的振荡器,工作频率为10MHz.从动态电容和工作频率,50.7毫亨的动态电感可以用L=1/(C*ω来计算2).该运动电感产生包络扩展时间常数t=2*L/|R|=67.55μs.
    在降低频率牵引(由于低运动电容)和较长启动时间(由于高运动电感)之间存在折衷,因为高运动电感是低运动电容的结果.(两者的乘积或多或少是固定的.)这种相互依赖性部分地通过较小的运动电容与较小的并联电容相关联来减轻,这产生较大的负电阻并由此改善启动时间.
    启动时间是电池供电应用中的一个重要考虑因素,其中设备经常打开和关闭.较短的振荡器启动时间可减少低功率无线电系统(例如使用MAX7032收发器和MAX1472或MAX7058发射器的系统)的能源浪费.
频率稳定性与温度
    随着温度的变化,所有晶振的共振频率都不同.频率变化的方式取决于切割晶体的角度.AT切割的相对频移与温度的关系可以表示为三次多项式.
Δf/f0=A0+A1(T-T0)+A2(T-T0)2+A3(T-T0)3
其中系数A0至A3是切割角度的函数.
    频率稳定性在使用晶体作为频率参考的系统中很重要.对于高频窄带应用尤其如此.考虑863至870MHz欧洲ISM频段中的25kHz信道.频率漂移仅为5kHz(小于6ppm)可能导致通信故障或法规不合规.
    即使在零容差晶体完全切割且不老化的情况下,在-40°C至85°C的耐高温晶振中的"工业规格"温度范围内保持漂移远低于6ppm也是不可能的.在这种情况下,带有内部温度传感器和窄频步分数N合成器的无线电系统,如MAX7049发射器,可用于补偿已知的温度变化.

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