射频与ISM产品使用的石英晶体计算教程

进行精准的计算可以使工作事半功倍,绝大多数的行业在计划和制造产品时,都需要经过计算,石英晶体也是一样的,本身晶体就是一种频率控制元器件,频率是数字.而且晶振一般都是用在产品内部的时钟基准设置模块,输出信号,许多工业/科学/医疗(ISM)波段射频(RF)产品使用晶体振荡器为锁相环(PLL)本地振荡器(LO)生成参考.本教程提供了ISM-RF晶体计算器的基本描述,可用于计算对此类LO的晶体频率精度和启动裕度的各种影响.

ISM-RF水晶计算器

在ISM-RF水晶计算器被分解成一个数字,解决与石英晶体振荡器各种计算和提供有关晶体本身的参考信息的工作表.

计算器表

如说明表中所述,计算器工作表有两个主要部分:用于数据输入的产品信息部分,以及显示输入参数结果的三个计算部分.产品信息区域有三种背景颜色,用于表示该部分中的不同类别的数据.还存在需要用户输入的特定单元格(以红色标出),从而提供用于后续计算的变量值.

绿色部分显示晶体本身的数据.一对下拉框可用于简化各种供应商表格中的晶体选择(参见下面的NDK晶振,Crystek晶体,HKC晶体和Raltron晶体片)部分.还提供了一个自动宏,允许用户轻松地将晶体供应商的电气特性从参考列复制到用户输入部分.(免责声明:有关最新规格,请与晶体供应商的数据表确认.)如果用户可以从规格表中获得晶体参数,可以将它们直接手动输入红色轮廓的单元格中.并联电容值(C0),最大等效串联电阻(ESR)(R1)和运动电容(C1)是晶体设计固有的.运动电感(L1)是晶体系统的计算特性.提供了显示基本晶体模型的参考图以说明这些性质.负载电容(CL-SPEC)和晶体频率(f0)是晶体供应商用于指定指定工作频率的参数.

蓝色部分具有关于印刷电路板(PCB)和晶体振荡器电路的信息.它包括寄生电容(CPAR)的估计值和用于进入分流器(CSHUNT)或串联电容器值的两个电池(CSER)的.设计通常提供一对分流或串联电容,每个引脚一个,因此该条目假定分流或串联电容使用相同的值.提供参考图来说明电容器连接.

橙色部分包含与正在应用计算的Maxim ISM无线电产品相关的信息.在此部分的顶部是一个下拉框,用于选择计算的目标设备.以下行显示与XTAL引脚相关的器件内部电容(CINT),PLL分频比,IF频率(用于接收器)以及建议的315MHz和433.92MHz工作频率的石英晶振参考频率.提供了一个自动宏,它将f0值复制到Crystal Frequency部分(单元格C23).(注意:需要在电子表格中启用宏才能使用此功能.)

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图1.Calculator工作表.

工作表的下半部分提供了负阻和拉晶的计算.还有第三个计算部分专门用于MAX1479幅移键控(ASK)/频移键控(FSK)发送器.负阻计算用于帮助确定是否存在与启动晶体振荡相关的任何问题.计算负阻的公式源于振荡器跨导增益,振荡频率和端电容:

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通常,石英晶体谐振器供应商将提供一个数据表,规定标称工作频率(f0),测试负载电容(CL),最大ESR(Rr),偶尔并联电容(C0)(通常是也是最大参数).实际的并联电容往往小于规定最大值的一半,ESR通常可以达到规定最大值的1/4到1/3.运动电容(C1)依赖在切角上,通常不提供.其他性能如老化和寿命稳定性,存储,焊接,工作温度以及操作公差可以在晶体数据表中提供.但是,这些计算器不会评估这些.

在此电子表格中,负电阻(-RMOT)会自动以绿色或红色突出显示.突出显示的颜色取决于-RMOT值与启动余量乘以ESR.使用4的启动余量,如果|-RMOT|<4×ESR,则负电阻为红色.我们建议调整设计,以减少晶体上的电容负载,从而增加负电阻的大小,从而增加启动振荡的可能性.拉动计算基于系统设计参数确定载波频率可以偏离目标的程度.计算晶体拉制的公式是基于晶体的运动电容和实际与指定的总电容负载:

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实际载波频率(fRF-ACTUAL)有助于确定系统对最终RF的影响.

Neg-R曲线和温度和角度表

各种其他图可用于确定晶体振荡器的操作特性和经验限制.提供数据表和图以可视地解释这些晶体特性.在Neg-R曲线表上生成的数据使用计算器表中的值来构建基于各种并联电容(C0)和负载电容(CL)值的电阻表(参见图3a).在找到的数据临时＆角片用来描绘温度和操作频率之间的内在关系具有切割为压电石英晶体的给定角度.此工作表上的值来自于表格和行业文献中的更多图表.