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你一定不知道的IDT时钟振荡器测量与计算的技术知识
你一定不知道的IDT时钟振荡器测量与计算的技术知识
美国Integrated Device Technology, Inc.公司,简称是IDT,也就是大家熟悉的IDT晶振品牌,在世界各地都拥有大批的用户,频率元件与时序是他们主打的产品,也是最具影响力的模块.几十年间,IDT公司已经为无数大中小型企业,提供超过10亿颗时钟振荡器系列型号,具有非常高的品质和实用性,是高性能的进口晶振品牌之一.IDT公司不断的追求完美,精益求精,每一颗时钟晶体振荡器,都是经过细心的打磨和先进的工艺制造的,”高颜值”的外表和优良的品质,是许多生产厂家的首选!
一、如何确定时钟振荡器频谱密度和RMS抖动关系?
如果从频谱的仅噪声部分中提取功率,并将其绘制为有源晶振频率的函数,则结果称为频谱密度图(请参见下图).该图很有趣,因为它显示了噪声功率在频谱上的分布,并且图下的面积等于RMS抖动平方,从而将时域RMS抖动规范与频域频谱纯度相关联.
频谱密度图和RMS抖动
二、用来测量晶体驱动水平的计算是什么?
晶体驱动电平是石英晶体中的功耗量,通常以微瓦或毫瓦为单位.可以通过测量流过晶体的激励电流来计算.有多种测量驱动器级别的方法.使用电流探头最可靠,这类似于流经电阻的电流.使用FET探头也很常见,但在诸如Pierce的反相器型振荡器上却有缺点.在反相器型振荡器上,晶体输入与输出之间的信号存在相位差,这使得很难准确测量晶体两端的电压.下面的方程式和示例将显示使用电流探头测量驱动电平的要求.可以通过使用RMS驱动电流(Id)和负载谐振电阻(RL)来计算驱动电平.请参考公式1.
由于RL随负载电容而变化,因此公式2可用于计算RL.
将方程式1和2结合起来得出方程式3.
当RR为FS(串联谐振频率)时,RR等于R1(动电阻).
如果使用串联谐振晶体,CL会变为无穷大.
三、WAN-PLL晶体振荡器的功率注意事项是什么?
晶体振荡器的电源应按照振荡器制造商推荐的方法进行滤波,以滤除电源噪声.如果是OCXO,则必须提供足够大的本地大容量电容器以应对由于其内部加热单元打开和关闭而引起的电流变化.可能需要使用专用的电源调节器来处理OCXO振荡器的预热电流.
四、WAN-PLL晶体振荡器的散热考虑是什么?
1.尝试将振荡器放置在因阻塞而导致气流减少的地方,例如,将振荡器放置在较高的组件或机械零件后面.
2.使振荡器远离热源.避免在振荡器下方的层上放置坚固的铜层(电源,地线)；随着更多的铜增加了热交换.
3.振荡器制造商可以提供塑料或金属外壳,也可以定制设计,以将其安装在振荡器的顶部,从而为突然的温度变化提供绝缘层.通常,OCXO设备不需要盖上盖子.建议与振荡器制造商一起验证该解决方案.
五、将晶体振荡器与PLL并置时的布局注意事项是什么?
目的是避免在石英晶体振荡器和PLL输入引脚之间的时钟上增加任何噪声.将振荡器与PLL并置时,以下是一些准则.
1.将振荡器直接连接到PLL,并避免使用缓冲器；如果必须使用缓冲器,请选择一种将噪声降低到最低的技术.
2.最小化振荡器的输出时钟信号走线长度,因为振荡器的输出是单端的,因此容易受到串扰.
3.如果需要阻抗匹配以消除信号过冲/下冲,请在振荡器输出端为串联终端电阻提供一个选件.
六、如何测量晶体振荡器的负电阻?
负电阻模拟了有源网络维持稳定振荡所需的所需增益,电阻模型如下图所示.晶体由电抗项Xm和运动阻力项Rm表示.作为容易评估振荡器电路的负电阻特性和振荡容限的一种方法,是在晶体单元的热端增加一个电阻并观察其是否可以振荡的方法(检查负电阻).振荡器电路的容量可以通过改变附加电阻的值来检查.
负电阻模型
如何计算IDT计时设备的最大总体计时误差?
选择合适的晶体.对于以下示例,我们的目标是使系统精度达到50ppm.图1显示了晶体电气规格的示例.大多数制造商具有相似的值和变量.
|
电气规格 |
|
|
标称频率 |
25.000MHz |
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频率公差 |
最大±15ppm |
|
频率稳定度 |
最大±15ppm |
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老化25℃ |
10年内最大±10ppm |
|
负载电容 |
12pF并联谐振 |
|
操作模式 |
AT切基本 |
表1:晶体电气规格示例
频率容差=±15ppm
频率稳定性=±15ppm
老化=±10ppm,共10年.
贴片振荡器在温度,电压和过程中的精度为±3.5ppm.假设修整灵敏度为7ppm/pF,工艺偏移为10％,内部负载电容(CL)为5pF.包括板和引脚寄生在内的负载电容精度等于±0.5ppm.假设调整灵敏度为7ppm/pF,最小的PCB工艺偏移,容差为1％的负载电容器以及7pF的外部负载电容.5pF内部和7pF外部负载电容将满足所需的12pF负载电容,以正确调整晶体.所有参数的总和就是总系统定时误差.最大总时序误差=15+15+10+3.5+0.5=44ppm.
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