一
、什麼是晶振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;而在封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產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dian子zi元yuan件jian是shi電dian路lu設she計ji中zhong一yi個ge很hen關guan鍵jian的de所suo在zai
，電dian路lu的de精jing準zhun直zhi接jie關guan乎hu使shi用yong這zhe顆ke晶jing振zhen的de產chan品pin的de質zhi量liang問wen題ti
，但dan是shi最zui重zhong要yao的de體ti現xian在zai於yu一yi個ge小xiao參can數shu那na就jiu是shi晶jing振zhen的deppm值(zhi)，即(ji)精(jing)度(du)電(dian)容(rong)值(zhi)。精(jing)度(du)值(zhi)越(yue)低(di)表(biao)明(ming)這(zhe)顆(ke)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)越(yue)精(jing)度(du)越(yue)精(jing)確(que)
，使(shi)用(yong)起(qi)來(lai)越(yue)耐(nai)用(yong)和(he)反(fan)應(ying)出(chu)來(lai)的(de)效(xiao)果(guo)就(jiu)越(yue)好(hao)。那(na)麼(me)，你(ni)知(zhi)道(dao)晶(jing)振(zhen)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)ppm嗎?ppm這個小參數，是如何產生大作用的。

 

 

二
、晶振ppm誤差公式

 

1：120ppm
，27M的晶振，頻率的誤差 = 120/100萬*27M=3240Hz

 

晶振的精度決定時鍾的計時準確度。

 

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
 

 

晶振的主要參數有標稱頻率、老化率
、頻率準確度、頻率穩定度、相位噪聲
、功耗等。

 

1、標稱頻率：是指晶振的標稱輸出頻率;

 

2、頻率準確度：是指常溫(25度)下
，所測晶振頻率相對標稱頻率的差值。這一點是不太重要的;

 

3、頻率穩定度：一般是指頻率溫度穩定度，是指在晶振的工作溫度範圍內頻率隨著溫度變化的大小
，一般用PPM或PPB來標示

，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指標。一般來說雷達等設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”
，晶振常出現停振現象。經分析均為晶片阻值大於80歐姆。

 

四
、晶振工作原理

 

 

若(ruo)在(zai)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)上(shang)加(jia)一(yi)電(dian)場(chang)，晶(jing)片(pian)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)機(ji)械(xie)變(bian)形(xing)。反(fan)之(zhi)
，若(ruo)在(zai)晶(jing)片(pian)的(de)兩(liang)側(ce)施(shi)加(jia)機(ji)械(xie)壓(ya)力(li)，則(ze)在(zai)晶(jing)片(pian)相(xiang)應(ying)的(de)方(fang)向(xiang)上(shang)將(jiang)產(chan)生(sheng)電(dian)場(chang)
，這(zhe)種(zhong)物(wu)理(li)現(xian)象(xiang)稱(cheng)為(wei)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)。如(ru)果(guo)在(zai)晶(jing)片(pian)的(de)兩(liang)極(ji)上(shang)加(jia)交(jiao)變(bian)電(dian)壓(ya)，晶(jing)片(pian)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)，同(tong)時(shi)晶(jing)片(pian)的(de)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)又(you)會(hui)產(chan)生(sheng)交(jiao)變(bian)電(dian)場(chang)。在(zai)一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，晶(jing)片(pian)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)的(de)振(zhen)幅(fu)和(he)交(jiao)變(bian)電(dian)場(chang)的(de)振(zhen)幅(fu)非(fei)常(chang)微(wei)小(xiao)
，但(dan)當(dang)外(wai)加(jia)交(jiao)變(bian)電(dian)壓(ya)的(de)頻(pin)率(lv)為(wei)某(mou)一(yi)特(te)定(ding)值(zhi)時(shi)，振(zhen)幅(fu)明(ming)顯(xian)加(jia)大(da)，比(bi)其(qi)他(ta)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)振(zhen)幅(fu)大(da)得(de)多(duo)，這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)稱(cheng)為(wei)壓(ya)電(dian)諧(xie)振(zhen)
，它(ta)與(yu)LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

 

當晶體不振動時，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、電極麵積有關，一般約幾個皮法到幾十皮法。當晶體振蕩時，機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

，一般隻有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
，它的數值約為100歐。由於晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質因數Q很大，可達1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上隻與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，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定度。

 

 

計算機都有個計時電路，盡管一般使用“時鍾”這zhe個ge詞ci來lai表biao示shi這zhe些xie設she備bei，但dan它ta們men實shi際ji上shang並bing不bu是shi通tong常chang意yi義yi的de時shi鍾zhong，把ba它ta們men稱cheng為wei計ji時shi器qi可ke能neng更geng恰qia當dang一yi點dian。計ji算suan機ji的de計ji時shi器qi通tong常chang是shi一yi個ge精jing密mi加jia工gong過guo的de石shi英ying晶jing體ti，石shi英ying晶jing體ti在zai其qi張zhang力li限xian度du內nei以yi一yi定ding的de頻pin率lv振zhen蕩dang
，這zhe種zhong頻pin率lv取qu決jue於yu晶jing體ti本ben身shen如ru何he切qie割ge及ji其qi受shou到dao張zhang力li的de大da小xiao。有you兩liang個ge寄ji存cun器qi與yu每mei個ge石shi英ying晶jing體ti相xiang關guan聯lian，一yi個ge計ji數shu器qi和he一yi個ge保bao持chi寄ji存cun器qi。石shi英ying晶jing體ti的de每mei次ci振zhen蕩dang使shi計ji數shu器qi減jian1。當計數器減為0時，產生一個中斷
，計數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行編程
，令其每秒產生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產生中斷)成為可能。每次中斷稱為一個時鍾嘀嗒。

 

晶(jing)振(zhen)在(zai)電(dian)氣(qi)上(shang)可(ke)以(yi)等(deng)效(xiao)成(cheng)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)和(he)一(yi)個(ge)電(dian)阻(zu)並(bing)聯(lian)再(zai)串(chuan)聯(lian)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)的(de)二(er)端(duan)網(wang)絡(luo)，電(dian)工(gong)學(xue)上(shang)這(zhe)個(ge)網(wang)絡(luo)有(you)兩(liang)個(ge)諧(xie)振(zhen)點(dian)
，以(yi)頻(pin)率(lv)的(de)高(gao)低(di)分(fen)其(qi)中(zhong)較(jiao)低(di)的(de)頻(pin)率(lv)為(wei)串(chuan)聯(lian)諧(xie)振(zhen)，較(jiao)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)為(wei)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)。由(you)於(yu)晶(jing)體(ti)自(zi)身(shen)的(de)特(te)性(xing)致(zhi)使(shi)這(zhe)兩(liang)個(ge)頻(pin)率(lv)的(de)距(ju)離(li)相(xiang)當(dang)的(de)接(jie)近(jin)
，在(zai)這(zhe)個(ge)極(ji)窄(zhai)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)

，晶(jing)振(zhen)等(deng)效(xiao)為(wei)一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)，所(suo)以(yi)隻(zhi)要(yao)晶(jing)振(zhen)的(de)兩(liang)端(duan)並(bing)聯(lian)上(shang)合(he)適(shi)的(de)電(dian)容(rong)它(ta)就(jiu)會(hui)組(zu)成(cheng)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)電(dian)路(lu)。這(zhe)個(ge)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)電(dian)路(lu)加(jia)到(dao)一(yi)個(ge)負(fu)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)中(zhong)就(jiu)可(ke)以(yi)構(gou)成(cheng)正(zheng)弦(xian)波(bo)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)
，由(you)於(yu)晶(jing)振(zhen)等(deng)效(xiao)為(wei)電(dian)感(gan)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)很(hen)窄(zhai)，所(suo)以(yi)即(ji)使(shi)其(qi)他(ta)元(yuan)件(jian)的(de)參(can)數(shu)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)，這(zhe)個(ge)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)也(ye)不(bu)會(hui)有(you)很(hen)大(da)的(de)變(bian)化(hua)。晶(jing)振(zhen)有(you)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu)，那(na)就(jiu)是(shi)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)值(zhi)，選(xuan)擇(ze)與(yu)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)值(zhi)相(xiang)等(deng)的(de)並(bing)聯(lian)電(dian)容(rong)，就(jiu)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)晶(jing)振(zhen)標(biao)稱(cheng)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)。一(yi)般(ban)的(de)晶(jing)振(zhen)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)都(dou)是(shi)在(zai)一(yi)個(ge)反(fan)相(xiang)放(fang)大(da)器(qi)的(de)兩(liang)端(duan)接(jie)入(ru)晶(jing)振(zhen)，再(zai)有(you)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)分(fen)別(bie)接(jie)到(dao)晶(jing)振(zhen)的(de)兩(liang)端(duan)，每(mei)個(ge)電(dian)容(rong)的(de)另(ling)一(yi)端(duan)再(zai)接(jie)到(dao)地(di)，這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)串(chuan)聯(lian)的(de)容(rong)量(liang)值(zhi)就(jiu)應(ying)該(gai)等(deng)於(yu)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)，請(qing)注(zhu)意(yi)一(yi)般(ban)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皮的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。

 

 

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