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和记娱乐ag:有源晶振的EMC标准设计方案



1 晶振先容

石英晶振是石英晶体谐振器和石英晶体时钟振荡器的统称,它是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件,可分无源晶振和有源晶振两种类型。

(1) 无源晶振为Crystal(晶体)

其必须借助外部的有源勉励和振荡电路才能起振,和记娱乐ag振荡频率主要取决于晶体的切割要领,外部振荡电路也部分影响着振荡频率的精度。振荡电路中包孕两个Trim电容,因为电容的精度一样平常对照低,是以即就是完全相同的电路图,振荡频率的频偏也可能存在必然的区别。

(2) 有源晶振Oscollator(振荡器

它是将振荡电路和晶体集成在一个封装内,加电即可输出时钟旌旗灯号,频率精度较高,价格也略高。

2 常用的晶振的技巧指标

(1) 基准频率:晶振在完全抱负前提下的振荡频率。

(2) 事情电压:晶振的事情必要外部供给必然的电源电压,晶振输出的时钟旌旗灯号上的噪声与电源再说慎密相关,是以在晶振器件资料上,对电源的质量有必然的要求。

(3) 输出电平:晶振与晶体比拟,最为凸起的一点便是只要上电,就直接输出时钟旌旗灯号。时钟旌旗灯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响应的和记娱乐ag晶振。

(4) 事情温度范围:根据情况温度要求的不合,应选择对应的事情温度范围。

(5) 频率精度:对应不合的事情温度范围,可选择不合的频率精度。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误差不会跨越15ppm。该参数是晶振的紧张参数,包孕了因为温度变更、电源电压颠簸、负载变更等身分引起的频率误差。

(6) 老化度:在恒定的外接前提下丈量晶振频率,频率精度与光和记娱乐ag阴之间的关系。

(7) 启动光阴:从上电到晶振输出频率的误差达到规定的频率精度所必要的光阴。

(8) 时钟哆嗦(Jitter):在后面内容具体先容。

(9) 相位噪声:在后面内容具体先容。

3 有源晶振的类型包括以下几类

(1) 通俗封装晶体振荡器(SPXO)

它无温度补偿功能,也无电压节制功能,其频率特点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。因为SPXO不包孕任何频率补偿功能,是以是晶振中精度最差的一个种类,价格低廉,平日作为微处置惩罚器的时钟器件。在PCB结构时,SPXO器件应阔别发烧源。

(2) 压控式晶体振荡器(VCXO)

VCXO是经由过程外部施加节制电压时振荡频率可调的晶体振荡器。它的特征:输出频率可以经由过程输入电压节制,一样平常节制范围为50~200ppm。事情道理:经由过程改变外加调剂电压的大年夜小,能改变容性负载CL的值,从而实现频率的调剂。因为VCXO的具有振荡频率可调剂的特征,以是用频率—温度稳定度来定义情况温度变更对频偏的影响。因为VCXO不具备温度补偿功能,是以在PCB结构时,VCXO器件应阔别发烧源。VCXO除了电源电源外,还必要节制电压,以调剂输出频率,当节制电压调剂为中央电压时,VCXO输出标称的基准频率。VCXO常用在相环电路中。

(3) 温度补偿晶体振荡器(TCXO)

TCXO是使用附件的温度补偿电路以削减情况温度对振荡频率的影响,其特征是频率精度远远高于SPXO和VCXO。事情道理:使用热敏电阻的温度敏感性,当温度变更时,热敏电阻的阻值和容性负载同时发生变更,而容性负载的变更会改变振荡频率,从而实现对振荡频率的修正。

(4) 恒温晶体振荡器(OCXO)

将晶体和振荡电路置于恒温箱中,以打消情况温度变更对频率的影响。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。

不合的特点抉择了四种类型晶振的利用处合:假如必要设备即开即用,需选用SPXO、VCXO和TCXO。OCXO晶振必要必然的稳准光阴。假如要求时钟旌旗灯号较高的稳定度,保举应用TCXO和OCXO。

4 时钟哆嗦与相位噪声

数字旌旗灯号的各个有效边沿相对付其抱负位置都存在必然的偏离,对付此中的短期性偏离(频率在10Hz以上的偏离),应用时钟哆嗦和相位噪声参数来定义;对付此中的经久性偏离(频率在10Hz以内的偏离),应用漂移来定义。此中漂移轻易被CDR(Clock Data Recovery,时钟数据规复电路)等模块滤除。时钟旌旗灯号的质量平日用哆嗦和相位噪声来描述。时钟哆嗦和相位噪声的差别在于:时钟哆嗦是时域的观点;相位噪声是频域的观点。时钟哆嗦平日分为光阴距离偏差(Time Interval Error,简称TIE)、周期哆嗦和相邻周期哆嗦。以下重点评论争论周期哆嗦和相位噪声的关系。

1、时钟哆嗦

周期哆嗦(JPER)是实测周期与抱负周期之间的光阴差。因为具有随机散播的特征,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),此中n是一个时域系统,如图1所示。JPER表示为:

此中T0是抱负时钟周期。因为时钟频率固定,随机哆嗦JPER的均值应该为零,JPER的RMS可表示为:

图1 周期哆嗦丈量

使用示波器的边沿触发和余辉功能,可以粗略的丈量旌旗灯号的哆嗦。应用该措施的丈量并不具有实际意义。缘故原由:(1)跟着丈量光阴的增添,测得的哆嗦值将赓续增添,纵然用这种丈量措施,无法获得确定的哆嗦值;(2)纵然能获得确定的哆嗦值,这样的值对电路设计也没有任何指示意义,只能粗略判断所应用的晶振的哆嗦环境。

2、相位噪声

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

对付频率为f0的时钟旌旗灯号而言,假如旌旗灯号上不含哆嗦,则旌旗灯号的所有功率应集中在频率点f0处,因为任何旌旗灯号都存在哆嗦,这些哆嗦有些是随机的,有些是确定的,散播于相称广的频带上,是以哆嗦的呈现将使旌旗灯号功率被扩展到这些频带上。旌旗灯号的相位噪声,便是旌旗灯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便是相位噪声曲线。相位噪声平日定义为在某一给定偏移处的dBc/Hz值,此中dBc因此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带宽内的旌旗灯号功率与旌旗灯号总功率的比值,即在fm频率处1Hz范围内的面积与全部噪声频率下的所有面积之比。

图2 旌旗灯号相位噪声曲线图

从相位噪声曲线图可知,绝大年夜多半哆嗦都集中在频率f0相近,间隔f0越远的频段,哆嗦能量越小。

以下面的例子为例,阐明对时钟输入的要求:

RMS JPER(12kHz~20MHz):0.5ps

相位噪声(10~100kHz):-120dBc/Hz

这实际上是两个要求,一个是要求在频段12kHz~20MHz内,均方根哆嗦不能大年夜于0.5ps;另和记娱乐ag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跨越-120dBc/Hz。

5 应用频谱阐发仪丈量相位噪声的步骤

(1) 在频谱阐发仪上设置与被测旌旗灯号频率相同的中间频率(Center Frequence),并使被测旌旗灯号接近屏幕的左侧。

(2) 在频谱阐发仪上设置参考电平(REF LEVEL),略大年夜于或即是被测载波旌旗灯号的实际输出电平值。

(3) 在频谱阐发仪上根据被测旌旗灯号频率的大年夜小设置适当的扫频宽度(SPAN)、分辨率带宽(RWB)、视频带宽(VBW)使其能显示被测旌旗灯号在有效带宽内的一个或两个噪声边带。

(4) 用频谱阐发仪分手丈量载波功率PC和指定偏离载波f处的边带噪声功率Pm。也可以直接用频谱阐发仪的MARKER功能测出PC和Pm的差值,并记录此时的RBW。

(5) 对指定频偏点的单边带相位噪声按以下公式谋略归一化的相位噪声值。

(f)=Pm/Pc-10lg1.2RBW/(1Hz)+2.5

假如频谱阐发仪具备归一化的相位噪声谋略阐发丈量软件,则可直接测得已经归一化的相位噪声值。

测试中的留意事变:

(1) 频谱仪的本振相位噪声应低于被测源的相位噪声。(对付有源晶振而言,该点一样平常都满意)。

(2) 频谱仪应去多次测试匀称值。

(3) 频谱仪的分辨率带宽RBW值应只管即便小。

6 晶振电路设计

有源晶振EMC标准设计电路如下:

道理图留意事变:

(1) 有源晶振的电源引脚最好不要直接接电源,而是经由过程一个磁珠后接入,这可大年夜大年夜低落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紧张,去耦电容一样平常选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,感化是为了削减旌旗灯号反射,以免造成旌旗灯号反射引起的旌旗灯号过冲。电阻R1是预留匹配设计,可根据实验环境进行阻值调剂。其详细感化如下:

可以削减谐波。有源晶振的输出是方波,当阻抗严重不匹配的时刻将引起谐波滋扰。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。

可以进行阻抗匹配,削减反射旌旗灯号的滋扰。

(3) C5是预留设计,可根据实验环境进行调剂,它的感化是:与串联电阻组成RC滤波电路,削减时钟旌旗灯号的过冲。

PCB设计留意事变:

(1) 耦合电容应只管即便接近晶振的电源引脚,位置摆放顺序:按电源流入偏向,依容值从大年夜到小依次摆放,容值最小的电容最接近电源引脚。

(2) 晶振的外壳必须接地,可以晶振的向外辐射,也可以樊篱外来旌旗灯号对晶振的滋扰。

(3) 晶振下面不要布线,包管完全铺地,同时在晶振的300mil范围内不要布线,这样可以防止晶振滋扰其和记娱乐ag他布线、器件和层的机能。

(4) 时钟旌旗灯号的走线应只管即便短,线宽大年夜一些,在布线长度和阔别发烧源上探求平衡。

(5) 晶振不要放置在PCB板的边缘,在板卡设计时尤其留意该点。

责任编辑;zl

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