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HC-49/KX-3H或HC-49/SMD为确定最佳石英尺寸提供实用的参考

2023-06-12 08:52:25 

如果嵌入式计算机的空间有限,那么使用尺寸非常小的石英晶体是合乎逻辑的。然而,许多应用板仍然发布了非常大的晶体。因此,在这些微控制器的应用说明中,仍然部分规定了相当大的晶体的电气规格。这些通常是金属外壳中的石英,如HC-49/KX-3H或HC-49/SMD贴片晶体。如果使用小得多的石英,就不能再满足这样的要求了。然而,当一些用户面临重新设计其应用程序的决定时,这会让他们感到不安。本文试图详细阐述大、小振荡石英的区别,为如何确定最佳石英尺寸提供实用的参考。HC-49/KX-3H或HC-49/SMD为确定最佳石英尺寸提供实用的参考

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如上图1:一个现代SMD石英在一个较旧的设计“HC-49”(3.2x2.5毫米或13x10毫米)的石英上。容纳石英盘的体积要小得多。这对电学特性有影响,必须加以考虑。

较小设计的谐振电阻较高

图1显示了一个较旧的“HC-49”设计的石英和一个现代SMD晶振在陶瓷外壳。由于体积的减小,对电行为的影响是显而易见的。尽管改进了生产方法,HC-49的低谐振电阻并不是在每一个较小的设计中都能实现的。内石英盘越小,谐振电阻(ESR)越大。同时,石英的承载能力较低。两者都以牺牲冲击储备为代价。因此,振荡器电路应与所用石英晶体最佳匹配。有关尺寸和振动安全测试,请阅读我们的文件“石英或石英振荡器-如何使用?”

HC-49/KX-3H或HC-49/SMD为确定最佳石英尺寸提供实用的参考

非常小的石英仅从8MHz

小型石英仅在8MHz以上可用,最小频率随着尺寸越来越小而增加。其原因是每个石英盘边缘的自然扰动以及不希望的振动模式。如果不适当地抑制这些干扰,就会产生副反应。在低频下,石英圆盘的厚度与直径之比更大,边缘效应的抑制变得更加困难。

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图2:不同尺寸的可用频率

紧密公差,例如。对于通常的时钟应用中的蓝牙,对晶体没有特殊要求。但是,如果像这样,情况就不一样了。对于蓝牙,发射器和接收器必须相互匹配。蓝牙对石英电路要求特别窄的公差(+/-20 ppm)。振荡石英的技术限制恰恰在于这一规定(即25°C时+/-10 ppm加上温度范围内+/-10 ppm)。如表1所示,尽管技术不断发展,但对于较小的尺寸,所需的公差仍然是有限的。

SMD晶体 7.0x5.0mm 6x3.5mm 3x2.5mm
温度范围/°C -40~+85 -25~+85 -20~+70
可用于蓝牙的各种石英的温度范围(即在25°C时+/-10 ppm,在温度范围内+/-10 ppm)。频率为13 MHz。

HC-49/KX-3H或HC-49/SMD为确定最佳石英尺寸提供实用的参考

更大的石英晶振具有更高的拉拔灵敏度

晶体和振荡器的特点是具有拉拔公差。这是:

1.与动态容量C1成正比。外壳越大,石英盘和可能的C1就越大。

2.与(C0+CL)的平方成反比。因此,较小的CL产生较高的拉力灵敏度。然而,太小的标称负载容量使得与所需标称频率的匹配变得困难。降低用户的频率稳定性。

表2列出了普通晶体的典型拉力灵敏度。可以看到,对于较大的外壳,可实现的拖动灵敏度会增加。在最后两列中,您还可以看到在较小的负载容量下改进的拖动灵敏度。

此外,通常很明显,拖动的灵敏度随着频率的增加而增加--在较高的频率下,更大的C1是可能的。

Frequenz Ziehempfindlichkeit in ppm/pF
SMD-Geh?use HC-49U 7x5mm 5x3,2 mm 5x3.2 mm
Lastkapazit?t 16 pF 16 pF 16 pF 12 pF
8 MHz 11 9 5 8
16 MHz 16 13 8 12
不同尺寸晶体管的拖动灵敏度。负载容量对应于该设计中的典型值。

HC-49/KX-3H或HC-49/SMD为确定最佳石英尺寸提供实用的参考

重新设计或新设计的小尺寸和越来越低的功耗现在是司空见惯的。然而,物理学在石英的生产中仍然起着重要的作用,因此,在设计良好,面向未来的情况下,必须考虑ESR,CL和拉伸灵敏度的影响。



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