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來源：http://www.sedorisc.com 作者：konuaer 2012年05月14
晶振之基本要點(diǎn)
晶振全稱為壓電石英晶體振蕩器（英文Crystal Oscillators），國外稱為水晶,早期發(fā)現(xiàn)水晶是天然水晶,因?yàn)樘烊凰щs質(zhì)比較多、后經(jīng)過人工種植,水晶經(jīng)過切片加工之后其產(chǎn)生機(jī)電效應(yīng)、如稱為壓電晶體，水晶加工成晶片之后可生產(chǎn)普通石英晶體，稱呼為石英晶體諧振器,也可以加工為有源帶電壓和溫補(bǔ)效應(yīng)的石英晶體振蕩器。用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率石英晶振。
經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)44.1kHz或48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個(gè)44.1kHz或48kHz的時(shí)鐘頻率。如果需要對(duì)這兩種音頻同時(shí)支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是娛樂級(jí)聲卡為了降低成本，通常都采用SRC將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級(jí)聲卡都沒有很好地解決這個(gè)問題。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng)-磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。
晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCXO）。
晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。
晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。
VC-TCXO就是“壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器”的英文縮寫。
(RF集成發(fā)展現(xiàn)狀)
RF集成一個(gè)重要的發(fā)展出現(xiàn)在大約兩年以前，當(dāng)時(shí)RF技術(shù)和數(shù)字基帶調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展使得在無線手機(jī)中用直接下變頻接收器替代超外差射頻器件成為可能。超外差射頻器件使用多級(jí)混頻器、濾波器和多個(gè)電壓控制振蕩器(VCO)，已經(jīng)很好地應(yīng)用了多年，但直接變頻射頻器件的集成度能夠大大減少GSM RF總體元件數(shù)。在上世紀(jì)九十年代后期，一個(gè)典型的單頻段超外差RF子系統(tǒng)包括PA、天線開關(guān)、LDO、小信號(hào)RF和VCTCXO，需要大約200個(gè)分立器件；今天，我們能夠設(shè)計(jì)一個(gè)具有四頻段功能的直接變頻系統(tǒng)，集成了VCO、VCXO和PLL回路濾波器，而它的元件數(shù)卻少于50個(gè)。
如德州儀器用于GSM的收發(fā)器TRF6151(圖1)，集成在上面的功能包括片上電壓調(diào)節(jié)器、VCO和VCO槽路、PA功率控制、PLL回路濾波器EDGE阻塞器檢測(cè)、LNA增益分步控制及VCXO。
對(duì)于設(shè)計(jì)人員來講，先進(jìn)的集成有助于克服無線RF中一些大的難題，其中最基本的一個(gè)是收發(fā)器的DC電源及其調(diào)節(jié)。在通話時(shí)，隨著溫度和時(shí)間變化，電池電壓會(huì)變化，此外，來自TX VCO和RX VCO電源的噪聲耦合也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，因而設(shè)計(jì)人員面臨著如何解決射頻線路板調(diào)節(jié)器和大多數(shù)相關(guān)無源元件的問題。將這些器件集成在射頻收發(fā)器中意味著唯一所需的外部元件就是簡(jiǎn)單的去耦電容，這種直接與電源相連的特性不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，也節(jié)省了線路板空間。
RF設(shè)計(jì)人員面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是VCO調(diào)諧范圍和鎖定時(shí)間。在所有模擬VCO設(shè)計(jì)中。因?yàn)槌３Ｐ枰獙?duì)鎖定時(shí)間和調(diào)諧范圍進(jìn)行平衡，所以回路濾波器一般放在芯片外部。有時(shí)候，這可以在VCO調(diào)諧范圍的軟件控制中解決，然而這個(gè)方法對(duì)電話整體開發(fā)提出了額外的資源要求。當(dāng)數(shù)字調(diào)諧功能包括在VCO中且能提供自校準(zhǔn)時(shí)，就可得到一個(gè)擴(kuò)展的調(diào)諧范圍，回路濾波器元件就能放在芯片中。顯然，這一方案可使設(shè)計(jì)工程師簡(jiǎn)化他們的工作。
為獲得GSM系統(tǒng)所需的發(fā)送器功率控制，PA制造商一般都將這一功能包括在功率放大器模塊(PAM)中。功率控制器通常由多達(dá)幾千個(gè)數(shù)字CMOS門組成，制作在PAM內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的芯片中，該元件會(huì)使PAM的成本增加0.30～0.40美元。把這一功能集成到射頻器件中將使GaAs PAM制造商不必采購數(shù)字CMOS電路和將它們裝入PAM中，對(duì)于一個(gè)每月生產(chǎn)成千上萬產(chǎn)品的OEM來講，去掉這個(gè)多余的元件將大大降低他們的成本。
先進(jìn)集成能帶來實(shí)質(zhì)性節(jié)約的另一個(gè)領(lǐng)域是VCXO。在過去，要購買昂貴的VCTCXO模塊作為分立元件設(shè)計(jì)在射頻器件中，所以將VCTCXO模塊常用元件并入射頻器件中能減少費(fèi)用和相關(guān)設(shè)計(jì)問題，利用TRF6151僅需要一個(gè)低價(jià)位的晶體和變?nèi)荻O管就能完成VCTCXO的功能。
雖然有了這些集成和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，RF設(shè)計(jì)工程師依然面臨著困難的抉擇，其中之一是輸入靈敏度和RX功耗。眾所周知，低噪聲放大器(LNA)設(shè)計(jì)中所用的電流越大，總體噪聲特性就越低。設(shè)計(jì)工程師必須判定接收器的總功率預(yù)算，以及接收器靈敏度水平要求。但是噪聲并不隨功率減少而減少，事實(shí)上正好相反。所以雖然能滿足GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計(jì)人員也必須經(jīng)常問自己，為達(dá)到某個(gè)靈敏度水平而在功耗上付出代價(jià)是否值得。這個(gè)問題也說明對(duì)設(shè)計(jì)工程師和IC制造商來講為什么在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中密切配合非常必要，從設(shè)計(jì)工程師處得到的反饋能夠引導(dǎo)IC制造商在開發(fā)未來RF產(chǎn)品時(shí)更好地為無線業(yè)界服務(wù)
水晶處了能加工成為壓電石英晶體諧振器，和壓電石英晶體振蕩器之外,還有可以加工晶體濾波器之類產(chǎn)品?？等A爾公司生產(chǎn)經(jīng)營：石英晶振,石英晶體振蕩器,聲表面濾波器,陶瓷晶振,壓電陶瓷霧化片系列產(chǎn)品。
作者：康華爾－晶振帝國
晶振全稱為壓電石英晶體振蕩器（英文Crystal Oscillators），國外稱為水晶,早期發(fā)現(xiàn)水晶是天然水晶,因?yàn)樘烊凰щs質(zhì)比較多、后經(jīng)過人工種植,水晶經(jīng)過切片加工之后其產(chǎn)生機(jī)電效應(yīng)、如稱為壓電晶體，水晶加工成晶片之后可生產(chǎn)普通石英晶體，稱呼為石英晶體諧振器,也可以加工為有源帶電壓和溫補(bǔ)效應(yīng)的石英晶體振蕩器。用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率石英晶振。
經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)44.1kHz或48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個(gè)44.1kHz或48kHz的時(shí)鐘頻率。如果需要對(duì)這兩種音頻同時(shí)支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是娛樂級(jí)聲卡為了降低成本，通常都采用SRC將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級(jí)聲卡都沒有很好地解決這個(gè)問題。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng)-磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。
晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCXO）。
晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。
VC-TCXO就是“壓控溫度補(bǔ)償晶體振蕩器”的英文縮寫。
(RF集成發(fā)展現(xiàn)狀)
RF集成一個(gè)重要的發(fā)展出現(xiàn)在大約兩年以前，當(dāng)時(shí)RF技術(shù)和數(shù)字基帶調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展使得在無線手機(jī)中用直接下變頻接收器替代超外差射頻器件成為可能。超外差射頻器件使用多級(jí)混頻器、濾波器和多個(gè)電壓控制振蕩器(VCO)，已經(jīng)很好地應(yīng)用了多年，但直接變頻射頻器件的集成度能夠大大減少GSM RF總體元件數(shù)。在上世紀(jì)九十年代后期，一個(gè)典型的單頻段超外差RF子系統(tǒng)包括PA、天線開關(guān)、LDO、小信號(hào)RF和VCTCXO，需要大約200個(gè)分立器件；今天，我們能夠設(shè)計(jì)一個(gè)具有四頻段功能的直接變頻系統(tǒng)，集成了VCO、VCXO和PLL回路濾波器，而它的元件數(shù)卻少于50個(gè)。
如德州儀器用于GSM的收發(fā)器TRF6151(圖1)，集成在上面的功能包括片上電壓調(diào)節(jié)器、VCO和VCO槽路、PA功率控制、PLL回路濾波器EDGE阻塞器檢測(cè)、LNA增益分步控制及VCXO。
對(duì)于設(shè)計(jì)人員來講，先進(jìn)的集成有助于克服無線RF中一些大的難題，其中最基本的一個(gè)是收發(fā)器的DC電源及其調(diào)節(jié)。在通話時(shí)，隨著溫度和時(shí)間變化，電池電壓會(huì)變化，此外，來自TX VCO和RX VCO電源的噪聲耦合也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，因而設(shè)計(jì)人員面臨著如何解決射頻線路板調(diào)節(jié)器和大多數(shù)相關(guān)無源元件的問題。將這些器件集成在射頻收發(fā)器中意味著唯一所需的外部元件就是簡(jiǎn)單的去耦電容，這種直接與電源相連的特性不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，也節(jié)省了線路板空間。
RF設(shè)計(jì)人員面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是VCO調(diào)諧范圍和鎖定時(shí)間。在所有模擬VCO設(shè)計(jì)中。因?yàn)槌３Ｐ枰獙?duì)鎖定時(shí)間和調(diào)諧范圍進(jìn)行平衡，所以回路濾波器一般放在芯片外部。有時(shí)候，這可以在VCO調(diào)諧范圍的軟件控制中解決，然而這個(gè)方法對(duì)電話整體開發(fā)提出了額外的資源要求。當(dāng)數(shù)字調(diào)諧功能包括在VCO中且能提供自校準(zhǔn)時(shí)，就可得到一個(gè)擴(kuò)展的調(diào)諧范圍，回路濾波器元件就能放在芯片中。顯然，這一方案可使設(shè)計(jì)工程師簡(jiǎn)化他們的工作。
為獲得GSM系統(tǒng)所需的發(fā)送器功率控制，PA制造商一般都將這一功能包括在功率放大器模塊(PAM)中。功率控制器通常由多達(dá)幾千個(gè)數(shù)字CMOS門組成，制作在PAM內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的芯片中，該元件會(huì)使PAM的成本增加0.30～0.40美元。把這一功能集成到射頻器件中將使GaAs PAM制造商不必采購數(shù)字CMOS電路和將它們裝入PAM中，對(duì)于一個(gè)每月生產(chǎn)成千上萬產(chǎn)品的OEM來講，去掉這個(gè)多余的元件將大大降低他們的成本。
先進(jìn)集成能帶來實(shí)質(zhì)性節(jié)約的另一個(gè)領(lǐng)域是VCXO。在過去，要購買昂貴的VCTCXO模塊作為分立元件設(shè)計(jì)在射頻器件中，所以將VCTCXO模塊常用元件并入射頻器件中能減少費(fèi)用和相關(guān)設(shè)計(jì)問題，利用TRF6151僅需要一個(gè)低價(jià)位的晶體和變?nèi)荻O管就能完成VCTCXO的功能。
雖然有了這些集成和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，RF設(shè)計(jì)工程師依然面臨著困難的抉擇，其中之一是輸入靈敏度和RX功耗。眾所周知，低噪聲放大器(LNA)設(shè)計(jì)中所用的電流越大，總體噪聲特性就越低。設(shè)計(jì)工程師必須判定接收器的總功率預(yù)算，以及接收器靈敏度水平要求。但是噪聲并不隨功率減少而減少，事實(shí)上正好相反。所以雖然能滿足GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計(jì)人員也必須經(jīng)常問自己，為達(dá)到某個(gè)靈敏度水平而在功耗上付出代價(jià)是否值得。這個(gè)問題也說明對(duì)設(shè)計(jì)工程師和IC制造商來講為什么在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中密切配合非常必要，從設(shè)計(jì)工程師處得到的反饋能夠引導(dǎo)IC制造商在開發(fā)未來RF產(chǎn)品時(shí)更好地為無線業(yè)界服務(wù)
水晶處了能加工成為壓電石英晶體諧振器，和壓電石英晶體振蕩器之外,還有可以加工晶體濾波器之類產(chǎn)品?？等A爾公司生產(chǎn)經(jīng)營：石英晶振,石英晶體振蕩器,聲表面濾波器,陶瓷晶振,壓電陶瓷霧化片系列產(chǎn)品。
作者：康華爾－晶振帝國
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