晶體特性及模型
作者：
揚興科技
日期：2023-06-15
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石英晶振的特性及模型
石英晶體是一種可將電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的壓電器件，能量轉(zhuǎn)變發(fā)生在共振頻率點上。它可用如下模型表示：
C0：等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容(譯注：也叫并電容，靜電電容，其值一般僅與晶振的尺寸有關(guān))。
Lm：(動態(tài)等效電感)代表晶振機械振動的慣性。
Cm：(動態(tài)等效電容)代表晶振的彈性。
Rm：(動態(tài)等效電阻)代表電路的損耗。晶振的阻抗可表示為以下方程(假設(shè)Rm可以忽略不計)：
石英晶振的頻域電抗特性：
其中Fs的是當(dāng)電抗Z=0時的串聯(lián)諧頻率(譯注：它是Lm、Cm和Rm支路的諧振頻率)，其表達式如下：
Fa是當(dāng)電抗Z趨于無窮大時的并聯(lián)諧振頻率(譯注：它是整個等效電路的諧振頻率)，使用等式
(1)，其表達式如下：
在Fs到Fa的區(qū)域即通常所謂的：“并聯(lián)諧振區(qū)”(圖2中的陰影部分)，在這一區(qū)域晶振工作在并聯(lián)諧振狀態(tài)(譯注：該區(qū)域就是晶振的正常工作區(qū)域，F(xiàn)a－Fs就是晶振的帶寬。帶寬越窄，晶振品質(zhì)因素越高，振蕩頻率越穩(wěn)定)。在此區(qū)域晶振呈電感特性，從而帶來了相當(dāng)于180 °的相移。
其頻率FP(或者叫FL:負載頻率)表達式如下：
從表達式(4)，我們知道可以通過調(diào)節(jié)負載電容CL來微調(diào)振蕩器的頻率，這就是為什么晶振制造商在其產(chǎn)品說明書中會指定外部負載電容CL值的原因。通過指定外部負載電容CL值，可以使晶振晶體振蕩時達到其標(biāo)稱頻率。下表給出了一個例子來說明如何調(diào)整外部參數(shù)來達到晶振電路的8MHz標(biāo)稱頻率：
等效電路參數(shù)實例
使用表達式(2)、(3)和(4)，我們可以計算出該晶振的Fs、Fa 及FP：
Fs = 7988768Hz，F(xiàn)a = 8008102Hz
如果該晶振的CL為10pF，則其振蕩頻率為：FP = 7995695Hz。要使其達到準(zhǔn)確的標(biāo)稱振蕩頻率8MHz，CL應(yīng)該為4.02pF。
揚興晶振可以為客戶提供仿真數(shù)據(jù)模型，方便客戶研發(fā)仿真及驗證需求，同時提供電路板晶體回路評估服務(wù)，滿足客戶一站式晶體測試服務(wù)支持，下期與大家分享晶振呈電感特性的優(yōu)勢及電路起振原理。
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