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ACT晶體和諧振器的模擬

來源：http://m.fuleikeji.cn 作者：康華爾電子 2019年07月15

目前國內電子市場中,英國進口的晶振品牌還是比較少的,但也有多家已經成為大陸用戶主要的供應商,ACT Company就是其中的代表,成立于1986年,33年的時間里,ACT晶振公司就從一個小小的工廠,蛻變成為一家大型企業,量產的晶體和諧振器遠銷海外.擁有強大的頻率控制產品組合,包括晶體,時鐘振蕩器,TCXO和濾波器.與Esterline研究和設計（ERD）的合作使我們能夠突破高精度振蕩器技術的界限.這些突破性產品為TCXO和OCXO樹立了新標準,創造了當今市場上性能最高,最精確的振蕩器技術.作為discoverIE Groupplc的一部分,通過我們的獨立分銷合作伙伴,ACT可以在全球范圍內支持用戶的頻率控制要求.
在毫米級應用中,石英振蕩器是許多模擬電路中的通用模塊.以下文章提供了一些關于如何模擬作為其主要成分的壓電諧振器的建議.表示晶體諧振器阻抗的RLC電路由圖1中的兩端等效物表示.

上面的石英晶體諧振器電路表示靜態電容C0,表示由兩個電極分開的絕緣體的影響,動態分支L1-C1-R1相當于壓電振動的隔離模式,分別模擬慣性,恢復力和摩擦力.金屬罐中的器件可能需要通過三端子等效物建模,包括支架的電容,見圖2.如有必要,可以模擬其他不需要的振蕩模式,如雜散,作為與L1-C1并聯的附加運動分支-R1.

準確計算等效電路中的元件值對于提供可靠的仿真至關重要.加載標準模型(通常用于10MHz晶振)將產生并聯或串聯諧振模式的錯誤頻率:同樣,在牽引電路中,不正確的運動電容值將對變化的負載電容產生錯誤的靈敏度.
以27MHz基本SMD晶振為例,負載電容為12pF,拉動靈敏度為20ppm/pF.運動共振方程為Fs=1/[2(L1*C1)]
對于并聯諧振,Fp=Fs[1+C1/(2*C0)]=27.000MHz
對于提拉靈敏度,S=1000000*C1/2(C0+Cl)²=20ppm/pF
其中CL,負載電容為12pF.如果指定C0,作為3pF的并聯電容,則運動電容C1為9pF,Fs為26.95956MHz,運動電感L1為3.87mH.運動阻力的合理范圍值是20對于30MHz晶體和60對于10MHz.對于其他頻率:

頻率(MHz)	R1(歐姆)	L1(MH)	C1(pF)	C0(pF)
2.00	200	520	0.012	4
5.00	50	115	0.010	3
15.00	30	12.5	0.009	5
30.00	20	4.7	0.006	3

陶瓷諧振器的模擬更加困難,因為這三個端子部件包含內部負載電容器,并且電抗與阻抗的比率低于晶體的值.共振頻率也低于晶體的共振頻率,因此反應組分的陶瓷諧振器尺寸進一步減小.質量因數的降低意味著更快的啟動,但缺點是負載電容值對振蕩器頻率的影響大于晶體.
兩個終端諧振器的典型值為:

頻率(MHz)	R1(歐姆)	L1(MH)	C1(pF)	C0(pF)
3.58	7	0.113	1936/年	140
6	8	0.094	8.3	60
8	7	0.092	4.6	40
11.0	10	0.057	3.9	30

對任何振蕩器的啟動進行建模也是一項困難的工作.巴克豪森的標準是:振蕩器中的環路增益必須等于或大于1,并且相移必須是2的倍數,以便電路啟動.在實際應用中,增加一個與晶體或諧振器并聯的大電阻可以改善啟動,因此諧振器的電阻值為1Megohm,1MHz以上的石英晶體電流為10Megohm,手表晶體的電阻值為22Megohm可能會在仿真中得到一些積極的結果.

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