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(de)ppm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deppm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(jian)1。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banIC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。

 

 

推薦閱讀：