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石英晶體振蕩器因產(chǎn)品的高精度,高性能等特點,早已被廣泛應(yīng)用在各式各樣的電子產(chǎn)品中,石英晶振的出現(xiàn)給社會及科技帶來了巨大的福音,讓更多的智能化,高技術(shù)的產(chǎn)品公眾于世.石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件.石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來工作的.振蕩器直接應(yīng)用于電路中,諧振器工作時一般需要提供3.3V電壓來維持工作.

本應(yīng)用筆記主要介紹了將32.768K晶振連接到實時時鐘(RTC)的晶體選擇和布局技術(shù).它還提供有關(guān)振蕩器電路設(shè)計標準,系統(tǒng)設(shè)計和制造問題的信息.振蕩器是皮爾斯型振蕩器的CMOS反相器變體.圖1顯示了一般配置.這些RTC包括集成負載電容(CL1和CL2)和偏置電阻.皮爾斯振蕩器利用以并聯(lián)諧振模式工作的晶體.并聯(lián)諧振模式中使用的晶體被指定為具有特定負載電容的特定頻率.

Silicon Labs新的Si54x超系列XO系列為設(shè)計人員提供了更高的性能,可靠性和高要求時序應(yīng)用的安心感并推出了一系列新的高性能石英晶體振蕩器(XOs),提供業(yè)界最低抖動頻率的靈活解決方案.Si54xUltra系列XOs可在整個工作范圍內(nèi)為整數(shù)和小數(shù)頻率提供低至80飛秒的超低抖動性能.這些XO為要求苛刻的應(yīng)用(包括100G/200G/400G線路卡和光學模塊,超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心,寬帶,無線基礎(chǔ)設(shè)施,廣播視頻,工業(yè),測試和測量以及軍事/航空航天)

在穩(wěn)定性,可靠性,穩(wěn)健性以及低相位噪聲和抖動方面具有優(yōu)勢,微機電系統(tǒng)MEMS晶振正在進軍汽車和電信等應(yīng)用領(lǐng)域,這些應(yīng)用需要提高定時性能和高性能可承受極端環(huán)境條件的可靠性部件.其中一個例子是MicrochipTechnologyInc.的DSA系列,該系列于今年早些時候首次亮相,是業(yè)界首款汽車級多輸出MEMS振蕩器."技術(shù)進步和現(xiàn)代車輛中復(fù)雜電子系統(tǒng)的日益普及需要卓越的時序性能和可靠性,"Microchip表示."對于確保在當今高度先進的汽車系統(tǒng)中精確操作,時序精度,精度和對惡劣環(huán)境的耐受性至關(guān)重要."

在高性能市場中,頻率控制制造商也在改進其恒溫晶體振蕩器(OCXO),壓控晶體振蕩器(VCXO)和溫度補償晶體振蕩器(TCXO)的產(chǎn)品陣容.極端的環(huán)境條件.為了滿足這些要求,SiliconLabs的產(chǎn)品組合現(xiàn)在包括提供頻率靈活性和低抖動的Si539x時鐘以及Si56XUltra系列石英晶體振蕩器(XO)和VCXO.EcliptekLLC還提供卓越的RMS相位抖動和相位噪聲性能,提供多電壓石英晶體振蕩器,占地面積小,尺寸為2.5×3.2mm(帶有四個焊盤).該器件的穩(wěn)定性低至±20ppm,工作溫度范圍為-40°C至85°C.

溫補晶體振蕩器(TCXO)在各種應(yīng)用中用作穩(wěn)定的頻率參考或時鐘.它們現(xiàn)在提供非常小的SMD封裝.由于高拉伸性,最好的溫度補償只能通過基波中的振蕩晶體來實現(xiàn).因此,對于大部分穩(wěn)定的TCXO,頻率范圍限制在最大約50至70MHz.然而,許多應(yīng)用需要明顯更高的頻率,因此在應(yīng)用中需要倍頻.這需要額外的空間并導致不期望的干擾頻譜.這里現(xiàn)在設(shè)置新的TCXO類型AXLE113HF和AXLE145HF公司AXTAL到11毫米×小SMD晶振封裝在9毫米和14毫米×9毫米穩(wěn)定的輸出頻率高達200MHz的標準尺寸提供.這兩種型號的噪聲非常低,并且具有幾個飛秒的非常低的相位抖動.

雖然半導體數(shù)據(jù)表提供了在實驗室環(huán)境中測量的規(guī)格,但了解設(shè)備在現(xiàn)實世界中的運行方式非常重要.這對于汽車振蕩器來說更為重要,因為即使在AEC-Q100/200認證下,一些關(guān)鍵規(guī)格也會受到環(huán)境壓力因素的不利影響,而這些壓力因素并不總是經(jīng)過測試.自動駕駛汽車市場繼續(xù)升溫,主要汽車制造商等在自動駕駛汽車技術(shù)方面進行了大量投資.隨著關(guān)于自動駕駛車輛何時成為主流的爭論仍在繼續(xù),有一點是肯定的-必須充分實現(xiàn)自主車輛安全.一個經(jīng)常被忽視的方面是與時序解決方案相關(guān)的挑戰(zhàn).

每個電子系統(tǒng)都需要一個計時裝置.石英晶體諧振器通常是首選解決方案.然而,振蕩器將諧振器與振蕩器集成電路配對成一個完整的集成時序器件,與XTALs相比有幾個優(yōu)點.微機電系統(tǒng)定時技術(shù)進一步擴展了這些優(yōu)勢.系統(tǒng)設(shè)計師不再需要繞過XTALs的限制,接受用水晶設(shè)計的頭痛和風險.

許多晶體振蕩器在晶體的并聯(lián)諧振點和施加的負載電容下工作.負載電容定義為晶體封裝外部的有效電容,施加在晶體的端子之間,如圖1所示.石英晶振制造商指定給定的負載電容以及操作頻率.負載電容與制造商指定的負載電容不同的操作會導致相對于制造商指定頻率的振蕩頻率誤差.頻率誤差是由于晶體的電容"拉"引起的.這可以通過將并聯(lián)和負載電容并聯(lián)組合,然后將該總和并聯(lián)負載電容與運動電容串聯(lián)組合來形成整體有效電容來證明.

日本電波工業(yè)株式會社(NDK)”為世界最大的石英晶振生產(chǎn)企業(yè)之一,同時其在中國蘇州建立的工廠也為中國同類企業(yè)中生產(chǎn)規(guī)模最大.本公司的產(chǎn)品為石英晶體諧振器,石英晶體振蕩器,石英晶體濾波器,聲表面波濾波器和光學低通濾波器等,被廣泛用于移動通信,辦公自動化,家電,汽車電子等領(lǐng)域.目前移動通信和汽車電子市場的市場份額均為世界第一,

存在外部電磁干擾源時,石英晶體振蕩器的相位噪聲和相位抖動可能會顯著增加.通過板級屏蔽或濾波可以減少到達振蕩器的電磁干擾,但這種方法并不總是成功的.通過評估各種振蕩器的電磁敏感度,我們可以確定影響電磁敏感度的因素,并了解正確的振蕩器設(shè)計如何將電磁干擾對時鐘性能的不利影響降至最低.

隨著汽車工業(yè)不斷增加基于電子的特征和系統(tǒng),對可靠的強大的自動升級計時解決方案也隨之增加.很快汽車將需要70個以上的計時裝置.幾十年來,計時元件都是基于石英晶振技術(shù)——以前是唯一能提供高穩(wěn)定性和高性能的可行選擇.然而,微機電系統(tǒng)諧振器計時解決方案正迅速成為首選技術(shù),因為它們提供了最高的性能和可靠性.此外,這些微機電系統(tǒng)時序解決方案具有獨特的功能,可解決長期存在的時序問題,這些功能是新興汽車應(yīng)用在行業(yè)走向完全連接和安全的自主駕駛時所必需的.

SiTime絕對是一件事.它的單位出貨量每年幾乎翻倍.去年,SiTime出貨量約為4.25億顆MEMS計時設(shè)備,高于2014年的6500萬部.該公司已將超過10億臺設(shè)備銷售給工業(yè)和汽車系統(tǒng),這些設(shè)備受益于在寬溫度范圍內(nèi)保持CMOS振蕩器精確的能力.SiTime還為可能需要更低功耗或更小尺寸的消費者和物聯(lián)網(wǎng)空間提供服務(wù).

恒溫晶體振蕩器(OCXO)市場報告根據(jù)烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)行業(yè)中的領(lǐng)先部分(如類型,地區(qū),應(yīng)用,技術(shù)和精英參與者),包含重要的銷售和收入統(tǒng)計數(shù)據(jù).該報告針對歷史(2014-2019年)事件,關(guān)于行業(yè)現(xiàn)狀的討論,并提供截至2024年的有價值的預(yù)測信息.全面分析當代趨勢,需求譜,增長率和關(guān)鍵區(qū)域烤箱控制晶體振蕩器(OCXO)的市場探索也體現(xiàn)在本報告中.領(lǐng)先的主要晶振有-NDK晶振,Epson晶振,Vectron晶振,Microcrystal晶振,Rakon晶振,BlileyTechnologies晶振,KDS晶振,Taitien晶振,CTS晶振,GreenrayIndustries晶振,NEL晶振,IDT晶振,Abracon晶振,KVG晶振.

沖擊和振動靈敏度:MEMS可編程晶振的可靠性得到改善,部分原因在于提高了半導體級的抗沖擊和抗振性.標準石英器件往往易碎,因為晶體是金屬或陶瓷封裝-50至100克的沖擊會使晶體破裂.因此,制造商必須實施特定的存儲,包裝和運輸協(xié)議,以避免不小心處理.測試pMEMS振蕩器對沖擊和振動的抵抗力揭示了一個不同的故事.結(jié)果表明,這些裝置可以輕松存活超過1500克的沖擊和20克的振動

為了限制干擾并支持更高的吞吐量,5G需要與4G網(wǎng)絡(luò)不同的架構(gòu).無線電將安裝在靠近智能手機和其他連接設(shè)備的路燈,交通信號燈,屋頂和停車場上,而不是位于遠程手機信號塔中.但是為了建立彼此的連接,5G無線電需要具有精確定時-比4G設(shè)備精確約10倍.SITIME晶振市場營銷副總裁PiyushSevalia說,這也意味著保護他們的信號不受振動,濕度,突然的溫度變化和其他可能引起頻率穩(wěn)定的干擾.總部位于加利福尼亞州圣克拉拉的公司正試圖檢查這兩項要求,以擴大其在15億美元無線網(wǎng)絡(luò)計時市場的份額.

預(yù)電子產(chǎn)品的發(fā)展日新月異,更多的MEMS和石英晶體振蕩器將投入使用.在當今的電子市場中,MEMS和晶體振蕩器同時存在,它們都是有源振蕩器.與晶體振蕩器相比,MEMS振蕩器在生產(chǎn)工藝和元件設(shè)計方面更符合現(xiàn)代電子標準.MEMS振蕩器的出現(xiàn)對60年來晶體振蕩器的主導地位產(chǎn)生了影響.在未來5年內(nèi),MEMS時鐘產(chǎn)品將更小,更薄,更可靠,更耐用,功能更多,交付周期更短,更靈活,更快速的約束,更快的開發(fā).

在設(shè)計新系統(tǒng)時,RF工程師將做出的最重要的決定之一是選擇正確類型的振蕩器,并確定哪種信號輸出最適合應(yīng)用.每個都有自己的優(yōu)點和缺點.在這篇文章中,我們談?wù)摰氖菧囟瓤刂凭w振蕩器(TCXO)和它們產(chǎn)生的截斷的正弦波.我們將介紹TCXO晶振及其信號類型的優(yōu)缺點,以及這些振蕩器使用的一些常見應(yīng)用.