基于晶体的时序解决方案

影响漂移的另一个因素是用于晶体的切割类型,这会影响其在不同温度下的性能及其整体频率稳定性等特性.市场上有许多不同类型的水晶切割.五种常见类型是:

•AT切割:此切割用于大多数晶体,因为它可在各种频率下提供出色的温度性能.然而,它对机械应力敏感.

•BT切割:与AT切割类似,BT切割使用不同的角度来实现更高的频率-厚度常数,因此能够产生更高的基频.然而,它产生抛物线频率与温度的关系,这不如AT切割.

•XY切割:也称为音叉切割,XY切割产生的空白非常适合低频应用,因为与其他低频切割相比,它具有更小的尺寸,更低的阻抗和更低的成本.它通常是需要32.768K晶体待机时钟的低功耗应用的首选.

•SC切割:通过应力补偿(SC)切割,晶体对机械和振动应力不太敏感.与AT切割晶体相比,它还具有更低的相位噪声,更好的老化和更快的预热(图2).SC切割对温度也具有三阶频率依赖性,就像AT切割一样,但拐点温度更高,约为92°C.这意味着它不适合-50°C至100°C的宽温度范围.

•IT切割:IT切割具有与SC切割类似的特性,但它更适合在较高温度下运行的应用.

除了切割晶体之外的另一个考虑因素是所用电极的类型.晶体基于其接收的输入电流以特定频率振动.该电流施加在由金或银制成的电极上.黄金比白银贵,但它也更惰性.那么,整体计时系统将受到诸如湿度等环境因素的影响较小.它的衰老也会变慢,总体结果是漂移较少.

电容负载和过载

指定石英晶振时,需要将其与将要存在的负载进行匹配.虽然此负载包括电容,电阻和电感元件,但容性负载会影响频率,因此会影响最大的漂移.图3显示了显示外部负载的典型电路.因此,规格表通常会显示容性负载,通常以pF为单位.电容负载是可用的各种晶体元件的一个原因,因为每个容性负载具有不同的部件号.

一旦设计的定时部分完成,晶体可以更好地匹配容性负载.匹配容性负载的一种简单方法是将已知的频率晶体放下并测量输出频率.基于预期频率的频率漂移,可以计算出正确的容性负载.水晶制造商可以帮助进行这些计算和整个匹配过程.

影响漂移的另一个因素是晶体的驱动力有多大.当晶体驱动大于最初预期时,会出现过驱动.晶体在额定最大驱动功率(通常以μW为单位)上驱动越硬,其老化速度越快.过度驱动的影响可能很大,导致晶体在一个月内以其额定驱动功率在一年内老化.

无论何时在板上移动或重新布线组件,都可以引入潜在的漂移源.移动晶体可能会改变容性负载.同样,如果设计已经接近晶体驱动功率的极限,重新布线可能会导致晶体过载,因为改变电容负载将直接影响晶体驱动.当移动其他组件时也会发生这种情况,导致互连晶体和IC的走线也被重新路由.

当设计更改影响时钟信号路由时,应重新计算驱动器功率和容性负载,以确认它们仍然与指定的晶体匹配.如果其中任何一个发生变化,可能需要新的晶体.或者,如果正在使用允许调节频率的灵活定时源,例如可调节时钟发生器,则可以更容易地适应电容变化.

全面的系统测试应该包括根据仍然存在的漂移来验证系统的稳健性.这是通过改变电路板上的电容负载以有意产生漂移来实现的.其结果是使系统在快进中过早老化.通过这种方式,系统可以用相当于几年的累积漂移进行测试.贴片晶振该技术还可用于确定系统可以处理多少漂移(即,系统可以在没有重新校准的情况下运行多少年)并且仍然保持可靠的操作.

指定正确的水晶

基于晶体的时序解决方案不是简单的产品,开发人员需要花时间选择合适的元件来控制漂移.以下问题有助于为应用选择最佳晶体:

•需要什么频率或频率?

•系统在预期运行寿命期间可承受的最大漂移是多少?

•典型的工作温度范围是多少?

•需要多少温度稳定性?

•电路板的负载电容是多少?

•有哪些包装限制/要求?

•时序解决方案需要多少费用?

•需要哪些产量?

•组件需要多快才能获得?