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  • 晶振在实际应用场景中具体所起的作用
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  单片机的时钟源可分为两类:基于机械谐振器件的时钟源,如晶体振荡器和陶瓷谐振通道,以及RC(电阻和电容)振荡器。一种是皮尔斯振荡器的结构,适用于晶体振荡器和陶瓷谐振槽。另一个是一个简单的离散RC振荡器。

 

晶振在实际应用场景中具体所起的作用

  基于晶体振荡器和陶瓷谐振槽的振荡器通常具有很高的初始精度和较低的温度系数。RC振荡器可以快速启动,成本相对较低,但在整个温度范围和工作电源电压范围内,精度通常很差,一般为额定输出频率的5%到50%。

  然而,其性能受到环境条件和电路元件选择的影响。振荡电路中元器件的选择和电路板的布局应引起重视。在使用中,陶瓷谐振槽和相应的负载电容器必须根据特定的逻辑序列进行优化。高Q值晶体振荡器对放大器的选择不敏感,但在超速时容易产生频率漂移(甚至损坏)。影响振荡器工作的环境因素包括电磁干扰(EMI)、机械振动和冲击、湿度和温度。这些因素会增加输出频率的变化和不稳定性,在某些情况下,会导致振荡器停止振动。

  大多数这些问题都可以通过使用振荡器模块来避免。这些模块具有振荡器,提供低电阻方波输出,并能保证在一定条件下工作。最常用的两种类型是晶体振荡器模块和集成RC振荡器(硅振荡器)。晶体振荡器模块提供与离散晶体振荡器相同的精度。硅振荡器的精度高于离散RC振荡器。在大多数情况下,硅振荡器可以提供与陶瓷谐振通道相同的精度。

  根据晶体振荡器的不同功能和实现技术,晶体振荡器可分为以下四类:

  1)恒温晶体振荡器(以下简称OCXO)

  这种晶体振荡器对温度稳定性的解决方案采用恒温电池技术。晶体被放置在恒温电池中。通过设定恒温工作点,使电池体保持恒温状态,在一定范围内不受外界温度的影响,达到稳定输出频率的效果。这种晶体振荡器主要应用于各种通信设备中,包括交换机、SDH传输设备、移动通信中继器、GPS接收机、无线电、数字电视和军事设备等领域。根据用户的需要,这种晶体振荡器可以用电压控制管脚。OCXO工作如下:

 

 晶振在实际应用场景中具体所起的作用

 

  OCXO的主要优点是频率和温度特性在所有类型的晶体振荡器中都是最好的,因为采用了恒温电池技术。由于电路设计精确,其短路稳定性和相位噪声较好。其主要缺点是耗电量大,体积大,需要约5分钟的加热时间才能正常工作等。这种晶体振荡的典型指标如下:

  2)温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)。

  采用了几种温度补偿方法来解决温度稳定性问题。其主要原理是通过诱导环境温度,适当改变温度信息来控制晶体振荡器的输出频率,从而达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO由模拟设备进行补偿。随着补偿技术的发展,许多大型数字补偿TCXO开始出现。这种数字补偿TCXO也称为DTCXO。当用单片机补偿时,我们称之为MCXO。由于采用了数字技术,这种晶体振荡器的实时温度特性达到了较高的精度,可以适应更宽的工作温度。适用范围,主要用于军工领域及恶劣环境的使用场合。其设计原则如下

晶振在实际应用场景中具体所起的作用

  这种晶体振荡器的典型应用指标如下:

晶振在实际应用场景中具体所起的作用

  3)通用晶体振荡器(SPXO)。这是一个简单的晶体振荡器,俗称钟振荡器。其工作原理是从图3中去掉“电压控制”、“温度补偿”和“AGC”的部分。它完全由晶体的自由振荡完成。这种晶体振荡器主要用于稳定性要求不高的场合。

  4)压控晶体振荡器(VCXO)。这是根据晶体振荡器是否具有电压控制功能来划分的。带电压控制输入端的晶体振荡器称为VCXO。所有三种类型的晶体振荡器都可以有电压控制端口。

 



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