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晶振老化是因为在生产石英晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题。应力要经过一段时间的变化才能稳定,一种叫“应力补偿”的晶体切割方法使晶体有较好的特性。
晶振的主要作用就是为系统提供时钟信号,比如单片机系统中,晶振结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。
如何防止晶振出现不良现象,现在介绍严格按照技术要求的规定,对晶振组件进行检漏试验以检查其密封性,具体如下:
1、压封工序是将调好的谐振件在保护中与外壳封装起来,以稳定石英晶体谐振器的电气性能。在此工序应保持送料仓、压封仓和出料仓干净,压封仓要连续冲,并在压封过程中注意焊头磨损情况及模具位置,电压、气压和是否正常,否则及时处理。其质量标准为:无伤痕、毛刺、**坑、弯腿,压印对称不可歪斜。
2、由于石英晶体是被动组件,它是由IC提供适当的激励功率而正常工作的,因此,当激励功率过低时,石英晶振不易起振,过高时,便形成过激励,使石英芯片破损,引起停振。所以,应提供适当的激励功率。另外,有功负载会消耗一定的功率,从而降低晶体Q值,从而使晶体的稳定性下降,容易受周边有源组件影响,处于不稳定状态,出现时振时不振现象,所以,外加有功负载时,应匹配一个比较合适有功负载。
3、控制好剪脚和焊锡工序,并保证基座绝缘性能和引脚质量,引脚镀层光亮均匀无麻面,无变形、裂痕、变色、划伤、污迹及镀层剥落。为了更好地防止单漏,可以在晶体下加一个绝缘垫片。
4、当晶体产生频率漂移而且**出频差范围时,应检查是否匹配了合适的负载电容,可以通过调节晶体的负载电容来解决。
晶振有几个重要参数:
1.晶体元件规格书中所的频率,也是在电路设计和元件选购时首要关注的参数。晶振常用标称频率在1~200MHz之间,比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等,更高的输出频率也常用PLL(锁相环)将低频进行倍频至1GHz以上。我们称之为标称频率。
2.输出信号的频率不可避免会有一定的偏差,我们用频率误差(Frequency Tolerance)或频率稳定度(Frequency Stability),用单位ppm来表示,即百万分(parts per million)(1/106),是相对标称频率的变化量,此值越小表示精度越高。比如,12MHz晶振偏差为±20ppm,表示它的频率偏差为12×20Hz=±240Hz,即频率范围是(11999760~12000240Hz)
3.还有一个温度频差(Frequency Stability vs Temp)表示在特定温度范围内,工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离,它的单位也是ppm。
4.另外,负载电容CL(Load capacitance),它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容(不是晶振外接的匹配电容),主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻,与晶体一起决定振荡器电路的工作频率,通过调整负载电容,就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。更准确而言,无源晶体的负载电容是一项非常重要的参数,因为无源晶体属于被动元器件,所谓的被动元器件即是自身不能工作,需要外部元器件协助工作。
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