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首頁技術(shù)支持 完整版低噪聲X1G0052910016晶體振蕩器外圍電路設(shè)計白皮書

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

來源：http://konuaer.com 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)計白皮書
　　振蕩電路設(shè)計一直都是核心的關(guān)鍵步驟,尤其是對于愛普生晶振公司這樣的大制造商來說,每一個環(huán)節(jié)都要求做到精確,完美,嚴(yán)謹(jǐn),成功率高.X1G0052910016是愛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X1G0052910016晶振及其他愛普生振蕩器產(chǎn)品,進行外圍電路的電路設(shè)計,提供完整的分析過程和設(shè)計注意事項.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)計指南:
　　在電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的設(shè)計和布局過程中,必須仔細考慮晶體振蕩器和外圍電路,以優(yōu)化性能.作為信號源的核心,晶體振蕩器必須產(chǎn)生高精度的輸出,因此固有地對來自電路板其余部分的高頻噪聲敏感.該電路在設(shè)計時需要特別注意.這些技術(shù)說明可作為設(shè)計指南,以減少多個外圍電路中的噪聲,在這些外圍電路中,高頻噪聲對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)生的典型噪聲類型.主要有三種噪聲源:
　　1.電源線產(chǎn)生的噪音
　　2.來自輸出線的噪聲
　　3.石英晶體振蕩器產(chǎn)生的噪聲通常被稱為“噪聲”的是這三個因素的累加結(jié)果.下面我們對每種噪聲類型進行說明.
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1.電源線產(chǎn)生的噪聲電壓紋波和開關(guān)噪聲通常由電源線走線發(fā)出
　　這種噪聲會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)生的紋波噪聲不會流到電源線.采取這種對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,其中輸出線充當(dāng)天線.應(yīng)對輸出信號和物理跡線實施降噪技術(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現(xiàn)晶體振蕩器的穩(wěn)定運行.這些噪聲源取決于上述原因,可以通過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)路路徑長度之間存在以下類型的相關(guān)性,因為它與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.與其他兩個來源的噪聲相比,實際有源晶振IC發(fā)出的噪聲水平通常要低得多.
[噪音對策]
　　到目前為止,在這些技術(shù)說明中,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,以及在整個帶寬的所有點上均能實現(xiàn)均勻電勢的導(dǎo)體.特別是,地線代表電路的基本電位,因此必須達到最大的穩(wěn)定性.這就要求設(shè)計一個具有寬表面積而沒有收縮的接地平面.在多層板上,額外的接地層用于在獨立的層上配置電源線和接地線.當(dāng)設(shè)計涉及焊點時,較寬的接觸面積可確保較低的阻抗,從而減少噪聲.
2.電源線過濾
　　通常的做法是在電源線和地線之間放置一個濾波器,以防止來自晶體振蕩器的噪聲泄漏到電源線或地線中,反之則防止來自電源線的噪聲進入晶體振蕩器.通常,旁路電容器用作電源線和地線的濾波器.下面提供了詳細說明.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度,以使信號通過與電源線的連接.這將迫使噪聲通過旁路電容器,并改善噪聲消除效果.避免使用圖2a所示的構(gòu)造類型.安裝旁路電容器時.高頻噪聲通常沿直線傳播,因此,如果使用圖2a所示的模式,則噪聲將不會通過旁路電容器.因此,請使用圖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,例如過沖,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)備通常會導(dǎo)致波形失真,包括過沖,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).可以進行測試以確定串聯(lián)電阻的最佳值.測試方法包括用示波器測量輸出波形,并從低阻值過渡到高阻值.最佳電阻值是消除所有過沖,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型和所使用的時鐘線的類型.根據(jù)這些因素,配置會有所不同.通常,當(dāng)輸出線上的阻抗與設(shè)備輸入的阻抗不匹配時,輸出波形會發(fā)生失真.當(dāng)阻抗不匹配時,行波將無法完全接收,部分信號會反射回振蕩器,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器件時,此波形失真會引起觸發(fā)錯誤.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顯示了兩種常見的端接方法:分離端接和AC端接.
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過濾器配置:
　　通常,可以使用串聯(lián)電阻或終端電阻來解決輸出波形失真.如果這些方法不能解決問題,則使用過濾.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屬性的過濾器.另外,使用較大的電容器作為濾波器會導(dǎo)致電流增加,反過來會導(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)計和布局期間,應(yīng)優(yōu)先考慮允許最短的輸出線沒有阻抗波動.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)計電路對于降低噪聲至關(guān)重要.最佳的晶振電路設(shè)計可避免產(chǎn)生與噪聲有關(guān)的問題,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://m.renderx.cn/,每天定時更新晶振行業(yè)的內(nèi)容,提供相關(guān)的咨詢和采購服務(wù),可以在官網(wǎng)上留言想問的問題,我們將給你最專業(yè)的回答!
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