【導(dǎo)讀】你知道什么是晶振嗎?你知道晶振ppm代表什么意思嗎?你知道晶振的主要參數(shù)以及工作原理嗎?如果你對這些問題存在一定疑惑，不妨看看本文帶來的有關(guān)晶振這四方面的內(nèi)容，讓本文幫你一次性掃清這些個障礙吧。
一、什么是晶振ppm
晶振全稱是晶體振蕩器，是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片)，石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
電子元件是電路設(shè)計中一個很關(guān)鍵的所在，電路的精準(zhǔn)直接關(guān)乎使用這顆晶振的產(chǎn)品的質(zhì)量問題，但是最重要的體現(xiàn)在于一個小參數(shù)那就是晶振的ppm值，即精度電容值。精度值越低表明這顆電子元件越精度越精確，使用起來越耐用和反應(yīng)出來的效果就越好。那么，你知道晶振電路中的ppm嗎?ppm這個小參數(shù)，是如何產(chǎn)生大作用的。
二、晶振ppm誤差公式
1：120ppm，27M的晶振，頻率的誤差 = 120/100萬*27M=3240Hz
晶振的精度決定時鐘的計時準(zhǔn)確度。
2：所配晶振頻率：32772.2HZ，誤差為+1.2ppm
一年的誤差計算過程為：
Δf = +1.2/100萬*32772.2
Δt/秒= Δf/32772.2 = 1.2/100萬
一年的誤差 = Δt*24*3600*365 = 37.8秒
三、晶振的主要參數(shù)
晶振的主要參數(shù)有標(biāo)稱頻率、老化率、頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度、相位噪聲、功耗等。
1、標(biāo)稱頻率：是指晶振的標(biāo)稱輸出頻率;
2、頻率準(zhǔn)確度：是指常溫(25度)下，所測晶振頻率相對標(biāo)稱頻率的差值。這一點(diǎn)是不太重要的;
3、頻率穩(wěn)定度：一般是指頻率溫度穩(wěn)定度，是指在晶振的工作溫度范圍內(nèi)頻率隨著溫度變化的大小，一般用PPM或PPB來標(biāo)示，1PPB=0.001PPM=1*10-9;
4、老化率：隨著時間的推移，頻率值隨著變化的大小;
5、相位噪聲：信號功率與噪聲功率的比率(C/N)，是表征頻率顫抖的技術(shù)指標(biāo)。一般來說雷達(dá)等設(shè)備會對相位噪聲有特殊要求;
6、晶體還有一個重要的特性就是“RR等效阻抗”，晶振常出現(xiàn)停振現(xiàn)象。經(jīng)分析均為晶片阻值大于80歐姆。
四、晶振工作原理
若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械振動，同時晶片的機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機(jī)械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。
當(dāng)晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個皮法到幾十皮法。當(dāng)晶體振蕩時，機(jī)械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十豪亨到幾百豪亨。晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1皮法。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數(shù)值約為100歐。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。
計算機(jī)都有個計時電路，盡管一般使用“時鐘”這個詞來表示這些設(shè)備，但它們實(shí)際上并不是通常意義的時鐘，把它們稱為計時器可能更恰當(dāng)一點(diǎn)。計算機(jī)的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內(nèi)以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個寄存器與每個石英晶體相關(guān)聯(lián)，一個計數(shù)器和一個保持寄存器。石英晶體的每次振蕩使計數(shù)器減1。當(dāng)計數(shù)器減為0時，產(chǎn)生一個中斷，計數(shù)器從保持寄存器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個計時器進(jìn)行編程，令其每秒產(chǎn)生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷)成為可能。每次中斷稱為一個時鐘嘀嗒。
晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15皮或12.5皮，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22皮的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
推薦閱讀：
