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有源晶振的EMC标准设计方案金光佛论坛一码解特

时间:2019-11-08

  才能起振,振荡频率主要取决于晶体的切割方式,外部振荡电路也部分影响着振荡频率的精度。振荡电路中包含两个Trim,由于电容的精度一般比较低,因此即便是完全相同的电路图,振荡频率的频偏也可能存在一定的差别。

  它是将振荡电路和晶体集成在一个封装内,加电即可输出时钟信号,2018开奖纪录表企业订阅内刊(外刊)就上频率精度较高,价格也略高。

  (2) 工作电压:晶振的工作需要外部提供一定的电源电压,晶振输出的时钟信号上的噪声与电源再说紧密相关,因此在晶振器件资料上,对电源的质量有一定的要求。

  (3) 输出电平:晶振与晶体相比,最为突出的一点就是只要上电,就直接输出时钟信号。时钟信号的电平也多种多样,支持的电平主要包括:TTL、CMOS、HCMOS、LVCOMS、LVPECL、LVDS等。在选型中,应根据所需时钟电平的种类选择相应的晶振。

  (4) 工作温度范围:根据环境温度要求的不同,应选择对应的工作温度范围。

  (5) 频率精度:对应不同的工作温度范围,可选择不同的频率精度。以±15ppm@-20~70℃为例,其含义是,在-20~70℃温度范围内,该晶振输出频率相对基准频率的偏差不会超过15ppm。该参数是晶振的重要参数,包含了由于温度变化、电源电压波动、负载变化等因素引起的频率偏差。

  (6) 老化度:在恒定的外接条件下测量晶振频率,频率精度与时间之间的关系。

  (7) 启动时间:从上电到晶振输出频率的偏差达到规定的频率精度所需要的时间。

  它无温度补偿功能,也无电压控制功能,其频率特性完全取决于晶体以及外部振荡电路。标准频率为1~100MHz,频率精度最高可达±10ppm。由于SPXO不包含任何频率补偿功能,因此是晶振中精度最差的一个种类,价格低廉,通常作为微处理器的时钟器件。在PCB布局时,SPXO器件应远离发热源。

  VCXO是通过外部施加控制电压时振荡频率可调的晶体振荡器。它的特点:输出频率可以通过输入电压控制,一般控制范围为±50~±200ppm。工作原理:通过改变外加调整电压的大小,能改变容性负载CL的值,从而实现频率的调整。由于VCXO的具有振荡频率可调整的特点,所以用频率—温度稳定度来定义环境温度变化对频偏的影响。由于VCXO不具备温度补偿功能,因此在PCB布局时,VCXO器件应远离发热源。VCXO除了电源电源外,还需要控制电压,以调整输出频率,当控制电压调整为中央电压时,VCXO输出标称的基准频率。VCXO常用在相环电路中。

  TCXO是利用附件的温度补偿电路以减少环境温度对振荡频率的影响,其特点是频率精度远远高于SPXO和VCXO。工作原理:利用热敏电阻的温度敏感性,当温度变化时,热敏电阻的阻值和容性负载同时发生变化,而容性负载的变化会改变振荡频率,从而实现对振荡频率的修正。

  将晶体和振荡电路置于恒温箱中,以消除环境温度变化对频率的影响。频率精度为10-10~10-8量级。频率稳定度在四种类型振荡器中最高。

  不同的特性决定了四种类型晶振的应用场合:如果需要设备即开即用,需选用SPXO、VCXO和TCXO。OCXO晶振需要一定的稳定时间。如果要求时钟信号较高的稳定度,推荐使用TCXO和OCXO。

  数字信号的各个有效边沿相对于其理想位置都存在一定的偏离,对于其中的短期性偏离(频率在10Hz以上的偏离),使用时钟抖动和相位噪声参数来定义;对于其中的长期性偏离(频率在10Hz以内的偏离),使用漂移来定义。其中漂移容易被CDR(Clock Data Recovery,时钟数据恢复电路)等模块滤除。时钟信号的质量通常用抖动和相位噪声来描述。时钟抖动和相位噪声的区别在于:时钟抖动是时域的概念;相位噪声是频域的概念。时钟抖动通常分为时间间隔误差(Time Interval Error,简称TIE)、周期抖动和相邻周期抖动。以下重点讨论周期抖动和相位噪声的关系。

  周期抖动(JPER)是实测周期与理想周期之间的时间差。由于具有随机分布的特点,可以用峰-峰值或均方根(RMS)描述。首先定义门限VTH的时钟上升沿位于时域的TPER(n),其中n是一个时域系统,如图1所示。JPER表示为:

  其中T0是理想时钟周期。由于时钟频率固定,随机抖动JPER的均值应该为零,JPER的RMS可表示为:

  利用示波器的边沿触发和余辉功能,可以粗略的测量信号的抖动。使用该方法的测量并不具有实际意义。原因:(1)随着测量时间的增加,测得的抖动值将不断增加,即利用这种测量方法,无法得到确定的抖动值;(2)即使能得到确定的抖动值,这样的值对电路设计也没有任何指导意义,只能粗略判断所使用的晶振的抖动情况。

  相位噪声:在频域上,数据偏移量用相位噪声来定义。如图2所示为典型的相位噪声曲线图。横轴代表频率,单位是Hz,纵轴代表功率谱密度,单位是dBc/Hz。

  对于频率为f0的时钟信号而言,如果信号上不含抖动,则信号的所有功率应集中在频率点f0处,由于任何信号都存在抖动,这些抖动有些是随机的,有些是确定的,分布于相当广的频带上,因此抖动的出现将使信号功率被扩展到这些频带上。信号的相位噪声,就是信号在某一特定频率处的功率分量,将这些分量连接成的曲线就是相位噪声曲线。相位噪声通常定义为在某一给定偏移处的dBc/Hz值,其中dBc是以dB为单位的该功率处功率与总功率的比值。如一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号总功率的比值,金光佛论坛一码解特王,即在fm频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频率下的所有面积之比。

  从相位噪声曲线图可知,绝大多数抖动都集中在频率f0附近,距离f0越远的频段,抖动能量越小。

  这实际上是两个要求,一个是要求在频段12kHz~20MHz内,均方根抖动不能大于0.5ps;另一方面要求在频段10~100kHz内,任何频点处的功率谱密度都不能超过-120dBc/Hz。

  (1) 在频谱分析仪上设置与被测信号频率相同的中心频率(Center Frequence),并使被测信号靠近屏幕的左侧。

  (2) 在频谱分析仪上设置参考电平(REF LEVEL),略大于或等于被测载波信号的实际输出电平值。

  (3) 在频谱分析仪上根据被测信号频率的大小设置适当的扫频宽度(SPAN)、分辨率带宽(RWB)、视频带宽(VBW)使其能显示被测信号在有效带宽内的一个或两个噪声边带。

  (4) 用频谱分析仪分别测量载波功率PC和指定偏离载波f处的边带噪声功率Pm。也可以直接用频谱分析仪的ΔMARKER功能测出PC和Pm的差值,并记录此时的RBW。

  如果频谱分析仪具备归一化的相位噪声计算分析测量软件,则可直接测得已经归一化的相位噪声值。

  (1) 频谱仪的本振相位噪声应低于被测源的相位噪声。(对于有源晶振而言,该点一般都满足)。

  (1) 有源晶振的电源引脚最好不要直接接电源,而是通过一个磁珠后接入,这可大大降低电源噪声对时钟输出频率的影响。晶振电源的去耦电容的匹配也很重要,去耦电容一般选3个,容值依次递减。

  (2) 有源晶振的时钟输出端串联一个小电阻,作用是为了减少信号反射,以免造成信号反射引起的信号过冲。电阻R1是预留匹配设计,可根据实验情况进行阻值调整。其具体作用如下:

  可以减少谐波。有源晶振的输出是方波,当阻抗严重不匹配的时候将引起谐波干扰。加上串联电阻后,该电阻与输入电容构成RC电路,将方波变成正弦波。

  (3) C5是预留设计,可根据实验情况进行调整,它的作用是:与串联电阻组成RC滤波电路,减少时钟信号的过冲。

  (1)耦合电容应尽量靠近晶振的电源引脚,位置摆放顺序:按电源流入方向,依容值从大到小依次摆放,容值最小的电容最靠近电源引脚。

  (2) 晶振的外壳必须接地,可以晶振的向外辐射,也可以屏蔽外来信号对晶振的干扰。

  (3) 晶振下面不要布线,保证完全铺地,同时在晶振的300mil范围内不要布线,这样可以防止晶振干扰其他布线、器件和层的性能。

  (4) 时钟信号的走线应尽量短,线宽大一些,在布线长度和远离发热源上寻找平衡。

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