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完整版低噪聲X1G0052910016晶體振蕩器外圍電路設(shè)計(jì)白皮書(shū)

來(lái)源：http://ylajtgs.cn 作者：康華爾電子 2019年11月12
完整版低噪聲X1G0052910016晶體振蕩器外圍電路設(shè)計(jì)白皮書(shū)
　　振蕩電路設(shè)計(jì)一直都是核心的關(guān)鍵步驟,尤其是對(duì)于愛(ài)普生晶振公司這樣的大制造商來(lái)說(shuō),每一個(gè)環(huán)節(jié)都要求做到精確,完美,嚴(yán)謹(jǐn),成功率高.X1G0052910016是愛(ài)普生公司石英晶體振蕩器產(chǎn)品的其中一條原廠編碼,系列料號(hào)是SG-9101CG晶振晶振,體積是2.50x2.00x0.80mm,在振蕩器系列里算是比較小的一種尺寸了.本文的目的,就是對(duì)X1G0052910016晶振及其他愛(ài)普生振蕩器產(chǎn)品,進(jìn)行外圍電路的電路設(shè)計(jì),提供完整的分析過(guò)程和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng).下面表格是EPSON Oscillator產(chǎn)品的代碼數(shù)據(jù)表,可供康華爾電子廣大新老客戶參考.
X1G0052910011 27.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910012 42.539760MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910013 33.333300MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910014 46.495960MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910015 59.700000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910016 20.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910017 33.333330MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910018 70.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910019 33.333300MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910020 16.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910021 48.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910022 27.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910023 27.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910024 25.000000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910025 49.152000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0052910026 37.125000MHz SG-9101CG晶振 2.50x2.00x0.80mm
X1G0053010011 66.666000MHz SG-9101CA晶振 7.00x5.00x1.40mm
X1G0053010012 40.000000MHz SG-9101CA晶振 7.00x5.00x1.40mm
X1G0053010013 40.000000MHz SG-9101CA晶振 7.00x5.00x1.40mm
X1G0053110011 65.536000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110012 22.996140MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110013 14.747720MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110014 32.959000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110015 16.000000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110016 33.025840MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110017 32.959000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110018 10.500000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110019 18.432000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110020 18.432000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110022 18.432000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053110023 25.000000MHz SG-9101CB晶振 5.00x3.20x1.20mm
X1G0053210011 27.000000MHz SG-9101CE晶振 3.20x2.50x1.20mm
X1G0053210012 12.000000MHz SG-9101CE晶振 3.20x2.50x1.20mm
X1G0053210013 40.000000MHz SG-9101CE晶振 3.20x2.50x1.20mm
降低噪聲的電路設(shè)計(jì)指南:
　　在電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局過(guò)程中,必須仔細(xì)考慮晶體振蕩器和外圍電路,以優(yōu)化性能.作為信號(hào)源的核心,晶體振蕩器必須產(chǎn)生高精度的輸出,因此固有地對(duì)來(lái)自電路板其余部分的高頻噪聲敏感.該電路在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意.這些技術(shù)說(shuō)明可作為設(shè)計(jì)指南,以減少多個(gè)外圍電路中的噪聲,在這些外圍電路中,高頻噪聲對(duì)石英晶體振蕩器的輸出尤其有害.
[晶體振蕩器和外圍電路中的噪聲源]
　　首先,在圖1中,我們指出了晶體振蕩器和外圍電路產(chǎn)生的典型噪聲類(lèi)型.主要有三種噪聲源:
　　1.電源線產(chǎn)生的噪音
　　2.來(lái)自輸出線的噪聲
　　3.石英晶體振蕩器產(chǎn)生的噪聲通常被稱(chēng)為“噪聲”的是這三個(gè)因素的累加結(jié)果.下面我們對(duì)每種噪聲類(lèi)型進(jìn)行說(shuō)明.
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1.電源線產(chǎn)生的噪聲電壓紋波和開(kāi)關(guān)噪聲通常由電源線走線發(fā)出
　　這種噪聲會(huì)影響貼片石英晶體振蕩器的輸出.此外,必須確保晶體振蕩器產(chǎn)生的紋波噪聲不會(huì)流到電源線.采取這種對(duì)策還可以改善隔離度,以防止其他器件產(chǎn)生的外部噪聲流入晶體振蕩器,從而保證了晶體振蕩器的穩(wěn)定性.
2.輸出線噪聲
　　輸出線噪聲是指由晶體振蕩器輸出的信號(hào),其中輸出線充當(dāng)天線.應(yīng)對(duì)輸出信號(hào)和物理跡線實(shí)施降噪技術(shù).
3.晶體振蕩器IC噪聲
　　晶體振蕩器IC噪聲是指內(nèi)部IC和晶體振蕩器的布線發(fā)出的噪聲.解決該噪聲需要確保為石英晶體振蕩器提供穩(wěn)定的電源,并確保形成所需的波形以實(shí)現(xiàn)晶體振蕩器的穩(wěn)定運(yùn)行.這些噪聲源取決于上述原因,可以通過(guò)本文后面提到的電源線和輸出線技術(shù)間接減輕.
　　從上述源發(fā)出的噪聲級(jí)別與電流和電流環(huán)路路徑成比例.因此,電流或電流回路路徑阻抗的減小將導(dǎo)致發(fā)出的噪聲水平降低.通常,在電流和電流環(huán)路路徑長(zhǎng)度之間存在以下類(lèi)型的相關(guān)性,因?yàn)樗c晶體振蕩器及其外圍電路有關(guān).
　　電流量:電源線=晶體振蕩器>輸出線
　　電流回路尺寸:輸出線>電源線>>晶體振蕩器
　　輸出線噪聲對(duì)晶體振蕩電路的影響最大,其次是電源線的噪聲.與其他兩個(gè)來(lái)源的噪聲相比,實(shí)際有源晶振IC發(fā)出的噪聲水平通常要低得多.
[噪音對(duì)策]
　　到目前為止,在這些技術(shù)說(shuō)明中,我們已經(jīng)檢查了晶體振蕩器及其外圍電路中的噪聲源.在這里,我們說(shuō)明了減少這種噪音的措施.共有三種主要的降噪措施:
　　1.建立穩(wěn)定的電源和接地連接.
　　2.安裝濾波器以防止電源線產(chǎn)生噪音.
　　3.在板上配置穩(wěn)定的輸出線.
1.穩(wěn)定的電源和接地連接
　　穩(wěn)定的電源和接地連接是指在很寬的頻帶(尤其是高頻)上的極低阻抗水平,以及在整個(gè)帶寬的所有點(diǎn)上均能實(shí)現(xiàn)均勻電勢(shì)的導(dǎo)體.特別是,地線代表電路的基本電位,因此必須達(dá)到最大的穩(wěn)定性.這就要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有寬表面積而沒(méi)有收縮的接地平面.在多層板上,額外的接地層用于在獨(dú)立的層上配置電源線和接地線.當(dāng)設(shè)計(jì)涉及焊點(diǎn)時(shí),較寬的接觸面積可確保較低的阻抗,從而減少噪聲.
2.電源線過(guò)濾
　　通常的做法是在電源線和地線之間放置一個(gè)濾波器,以防止來(lái)自晶體振蕩器的噪聲泄漏到電源線或地線中,反之則防止來(lái)自電源線的噪聲進(jìn)入晶體振蕩器.通常,旁路電容器用作電源線和地線的濾波器.下面提供了詳細(xì)說(shuō)明.旁路電容器旁路電容器的作用是降低相互作用的電阻抗,并有助于穩(wěn)定電路工作,同時(shí)吸收電力線上存在的噪聲.這是僅已知的噪聲消除方法.安裝具有適當(dāng)電容值的電容器將解決大多數(shù)與噪聲有關(guān)的石英晶振問(wèn)題.旁路電容容量值標(biāo)準(zhǔn)旁路電容值介于0.01μF和1μF之間.該值應(yīng)設(shè)置得盡可能低,但應(yīng)在電源端子VCC和相對(duì)于地面的電源線阻抗的頻率為晶體振蕩器頻率的三倍的范圍內(nèi).在此,您必須確認(rèn)此容量下的頻率特性,以確保高頻側(cè)或低頻帶側(cè)的阻抗電平不會(huì)增加.
[安裝旁路電容器]
　　為了使噪聲最小,旁路電容應(yīng)安裝在盡可能靠近晶體振蕩器的位置.隨著走線長(zhǎng)度的增加,寄生電感將增加并導(dǎo)致更高頻率的阻抗增加.應(yīng)配置旁路電容器的走線長(zhǎng)度,以使信號(hào)通過(guò)與電源線的連接.這將迫使噪聲通過(guò)旁路電容器,并改善噪聲消除效果.避免使用圖2a所示的構(gòu)造類(lèi)型.安裝旁路電容器時(shí).高頻噪聲通常沿直線傳播,因此,如果使用圖2a所示的模式,則噪聲將不會(huì)通過(guò)旁路電容器.因此,請(qǐng)使用圖2b中所示的模式.
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3.配置穩(wěn)定的輸出線
　　穩(wěn)定的輸出線是指可以有效地將石英晶體振蕩器的輸出波形傳輸?shù)剿栎斎攵д婧碗姶泡椛渥钚〉淖呔€.配置穩(wěn)定的輸出線的關(guān)鍵在于確保波形特性,例如tr,tf,輸入需要VOH,VOL等.此外,穩(wěn)定的輸出線需要消除多余信號(hào),例如過(guò)沖,下沖,振鈴和回聲,如圖3b所示.同樣重要的是要注意走線的天線效率,以最大程度地減少不必要的輻射.
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防止輸出波形失真的措施包括:
　　a.配置串聯(lián)電阻
　　b.配置終端電阻
　　C.配置過(guò)濾器
　　d.匹配輸出線阻抗
配置串聯(lián)電阻:
　　將EPSON有源晶振連接到輸入設(shè)備通常會(huì)導(dǎo)致波形失真,包括過(guò)沖,下沖和振鈴.這些失真包含比振蕩頻率高3-7倍的高頻元素,并導(dǎo)致發(fā)出應(yīng)消除的噪聲.為了消除這種失真,在晶體振蕩器的輸出端子和輸出線之間連接了串聯(lián)電阻,如圖4所示.電阻值配置為晶體振蕩器輸出阻抗(Ro)和串聯(lián)電阻(Rs)等于輸出線阻抗(Z0).可以進(jìn)行測(cè)試以確定串聯(lián)電阻的最佳值.測(cè)試方法包括用示波器測(cè)量輸出波形,并從低阻值過(guò)渡到高阻值.最佳電阻值是消除所有過(guò)沖,下沖和振鈴的值.
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配置終端電阻:
　　終端電阻的配置在很大程度上取決于接口的類(lèi)型和所使用的時(shí)鐘線的類(lèi)型.根據(jù)這些因素,配置會(huì)有所不同.通常,當(dāng)輸出線上的阻抗與設(shè)備輸入的阻抗不匹配時(shí),輸出波形會(huì)發(fā)生失真.當(dāng)阻抗不匹配時(shí),行波將無(wú)法完全接收,部分信號(hào)會(huì)反射回振蕩器,從而導(dǎo)致輸出波形失真.這導(dǎo)致高頻噪聲.當(dāng)將晶體振蕩器輸出分支到多個(gè)器件時(shí),此波形失真會(huì)引起觸發(fā)錯(cuò)誤.因此,正確的端接和阻抗匹配至關(guān)重要.為防止接收設(shè)備產(chǎn)生回聲,輸入的端接值應(yīng)與輸出線上的阻抗相同.圖5顯示了兩種常見(jiàn)的端接方法:分離端接和AC端接.
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過(guò)濾器配置:
　　通常,可以使用串聯(lián)電阻或終端電阻來(lái)解決輸出波形失真.如果這些方法不能解決問(wèn)題,則使用過(guò)濾.聲表面濾波器的使用是消除高頻噪聲的有效方法,但是這種方法會(huì)導(dǎo)致tr和tf(波形耗散)增加.這樣,您必須選擇適合于tr和tf屬性的過(guò)濾器.另外,使用較大的電容器作為濾波器會(huì)導(dǎo)致電流增加,反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致噪聲增加.
輸出線阻抗匹配:
　　為了減小輸出線上的波形回波,需要使輸出線阻抗盡可能一致.如圖6所示,要獲得一致的輸出線阻抗,需要配置輸出線圖案曲線,以便將直角轉(zhuǎn)換為45º角,或者在可能的情況下轉(zhuǎn)換為圓角曲線.另外,請(qǐng)避免使用通孔或T型分支.
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　　最后,我們將介紹兩種最重要的減少噪聲排放的方法.一種.使用較短的輸出線在所有電路中,輸出線最容易產(chǎn)生噪聲.因此,在設(shè)計(jì)和布局期間,應(yīng)優(yōu)先考慮允許最短的輸出線沒(méi)有阻抗波動(dòng).使用較短的接線將使輸出線諧振頻率移至高頻側(cè).頻率越高,輸出頻率元件上的阻尼就越大,從而降低了噪聲發(fā)射.
　　另一種是使用較短的電流環(huán)路路徑,如上所述,從輸出線發(fā)出的噪聲電平與電流環(huán)路路徑長(zhǎng)度成正比.因此,重要的是使晶體振蕩器和輸入設(shè)備的輸出和接地跡線盡可能短.一種簡(jiǎn)單的方法是將接地層安裝在輸出走線的另一側(cè).為晶體振蕩器及其外圍電路精心設(shè)計(jì)電路對(duì)于降低噪聲至關(guān)重要.最佳的晶振電路設(shè)計(jì)可避免產(chǎn)生與噪聲有關(guān)的問(wèn)題,并使器件能夠發(fā)揮其全部性能潛能.
　　以上資料由日本愛(ài)普生晶振公司與康華爾電子共同提供,如需了解更多關(guān)于有源晶振相關(guān)的技術(shù)資料,可以關(guān)注收藏本官網(wǎng)http://ylajtgs.cn/,每天定時(shí)更新晶振行業(yè)的內(nèi)容,提供相關(guān)的咨詢和采購(gòu)服務(wù),可以在官網(wǎng)上留言想問(wèn)的問(wèn)題,我們將給你最專(zhuān)業(yè)的回答!
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