石英晶体可从各种供应商处获得各种形状和尺寸,并且性能规格范围很广。其中一些规格包括谐振频率、谐振模式、负载电容、串联电阻、保持器电容和驱动电平。本应用笔记有助于理解这些参数,允许用户指定适合其应用的晶体,以及MAX1470超外差接收器电路的最佳结果。
石英晶体可从各种供应商处获得各种形状和尺寸,并且性能规格范围很广。其中一些规格包括谐振频率、谐振模式、负载电容、串联电阻、保持器电容和驱动电平。了解这些参数后,您可以指定适合您应用的晶体,并为您的MAX1470电路提供最佳结果。
晶体的等效电路如图1所示。它由运动元件组成:电阻器Rs、电感器Lm和电容器Cm以及并联电容Co。运动元件决定了串联谐振频率和谐振器的Q值。并联电容Co是晶体电极、支架和引线的函数。
图1.水晶模型。
下面详细介绍了关键性能规格。
共振频率
要指定的晶体频率取决于您有兴趣接收的频率。由于MAX1470采用10.7MHz中频和低侧注入,晶体频率由下式给出(所有单位均为MHz):
因此,对于315MHz应用,晶体频率为4.7547MHz,而对于433.92MHz,则需要6.6128MHz晶体。只应指定基波模式晶体(无泛音)。
共振模式
晶体有两种共振模式:串联(两者中频率较低的)和并联(或反共振,两者中较高的)。所有晶体都表现出两种共振模式,在振荡器电路中它们看起来是电阻性的。在串联谐振时,运动电容Cm和电感Lm的电抗相等且相反,电阻最小。然而,在反共振点,电阻最大,电流最小。反谐振点不用于振荡器设计。
石英晶体可用于通过添加外部元件(通常是电容器)在串联和反谐振频率之间的任何频率上振荡。在晶体工业中,这被称为并联频率或模式。该频率高于串联频率,但低于晶体的真正平行共振(反共振点)。图2显示了典型的晶体阻抗与频率的关系图。
图2.晶体阻抗与频率的关系。
负载电容和牵引性
负载电容是使用并联谐振振荡模式时的重要规格。在这种模式下,晶体的总电抗略带感性,并与振荡器的负载电容并联,形成一个LC谐振电路,该电路决定了振荡器的频率。随着负载电容值的变化,输出频率也会发生变化。因此,晶体供应商必须知道振荡器电路采用的负载电容,以便可以在工厂使用相同的负载电容对其进行校准。
如果使用设计为以不同负载电容振荡的晶体,晶体将被拉离其规定的工作频率,从而在参考频率中引入误差。因此,为了将晶体拉回其所需的工作频率,需要添加外部电容器来修改负载电容
图3所示为MAX1470EVKit电路中的晶体。在该电路中,C14和C15是串联牵引电容,而C16是并联牵引电容。Cevkit相当于MAX1470,加上评估板PCB杂散电容。Cevkit约为5pF。
图3.评估板等效电路
串联牵引电容器将“加速”晶体,而并联电容器将“减慢”晶体。由于Cevkit等于5pF,如果使用负载电容为5pF的晶体,它将以其预期频率振荡,并且不需要额外的电容(C16保持打开状态,而C14和C15在电路板上短路)。评估板本身使用3pF负载电容晶体,需要2 x 15pF串联电容来加速。要计算所需的电容值,请使用:
在评估板的情况下,如果不使用2个串联电容,4.7547MHz晶体实际上将以4.7544MHz振荡,导致接收器调谐到314.98MHz而不是315.0MHz,误差约为20kHz或60ppm。
因此,关键是通过使用串联或并联电容器甚至两者的组合(取决于可用电容器的值)来匹配晶体所需的负载电容。例如,1pF负载电容晶体(或以下组合:C6 = C14 = 15pF,C27 = 16pF)只需要一个5pF并联电容。
必须注意不要对C16使用太大的值,因为它会增加通过振荡器电路的电流,导致其失效。图4显示了并联电容和振荡器电流之间的关系。
图4.晶体振荡器电流与增加的并联负载电容的关系。
在定制PCB上,如果Cevkit未知,则可以在频谱分析仪上监控IF(确保在将信号插入频谱分析仪之前使用隔直电容器),然后使用串联和并联电容器将IF“调谐”回10.7MHz。
串联电阻
对于大多数晶体,典型的串联电阻范围为25Ω至100Ω。晶体供应商通常表征该电阻,并指定串联电阻的最大值。MAX100振荡器电路不要超过1470Ω。
支架或并联电容
这是晶体电极、支架和引线的电容。典型值范围为 2pF 至 7pF。
驱动器级别
必须限制晶体中的功率耗散,否则石英晶体实际上会因过度的机械振动而失效。由于非线性行为,晶体特性也随驱动电平而变化。晶体供应商将为特定产品线指定最大驱动器级别。使用驱动电平在1μW范围内的晶体。
这些规格将允许您指定最适合MAX1470振荡器电路要求的晶体,从而提高整体性能。
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