完整版低噪聲X1G0052910016晶體振蕩器外圍電路設計白皮書
　　振蕩電路設計一直都是核心的關鍵步驟,尤其是對于愛普生晶振公司這樣的大制造商來說,每一個環節都要求做到精確,完美,嚴謹,成功率高.X1G0052910016是愛普生公司石英晶體振蕩器產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品,進行外圍電路的電路設計,提供完整的分析過程和設計注意事項.下面表格是EPSON Oscillator產品的代碼數據表,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

降低噪聲的電路設計指南:
　　在電子設備和通信系統的設計和布局過程中,必須仔細考慮晶體振蕩器和外圍電路,以優化性能.作為信號源的核心,晶體振蕩器必須產生高精度的輸出,因此固有地對來自電路板其余部分的高頻噪聲敏感.該電路在設計時需要特別注意.這些技術說明可作為設計指南,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生的典型噪聲類型.主要有三種噪聲源:
　　1.電源線產生的噪音
　　2.來自輸出線的噪聲
　　3.石英晶體振蕩器產生的噪聲通常被稱為“噪聲”的是這三個因素的累加結果.下面我們對每種噪聲類型進行說明.

1.電源線產生的噪聲電壓紋波和開關噪聲通常由電源線走線發出

　　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,其中輸出線充當天線.應對輸出信號和物理跡線實施降噪技術.
3.晶體振蕩器IC噪聲
　　晶體振蕩器IC噪聲是指內部IC和晶體振蕩器的布線發出的噪聲.解決該噪聲需要確保為石英晶體振蕩器提供穩定的電源,并確保形成所需的波形以實現晶體振蕩器的穩定運行.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間接減輕.
　　從上述源發出的噪聲級別與電流和電流環路路徑成比例.因此,電流或電流回路路徑阻抗的減小將導致發出的噪聲水平降低.通常,在電流和電流環路路徑長度之間存在以下類型的相關性,因為它與晶體振蕩器及其外圍電路有關.
　　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,在這些技術說明中,我們已經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.建立穩定的電源和接地連接.
　　2.安裝濾波器以防止電源線產生噪音.
　　3.在板上配置穩定的輸出線.
1.穩定的電源和接地連接
　　穩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均勻電勢的導體.特別是,地線代表電路的基本電位,因此必須達到最大的穩定性.這就要求設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.當設計涉及焊點時,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.安裝具有適當電容值的電容器將解決大多數與噪聲有關的石英晶振問題.旁路電容容量值標準旁路電容值介于0.01μF和1μF之間.該值應設置得盡可能低,但應在電源端子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.在此,您必須確認此容量下的頻率特性,以確保高頻側或低頻帶側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致更高頻率的阻抗增加.應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.

3.配置穩定的輸出線

　　穩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到所需輸入而失真和電磁輻射最小的走線.配置穩定的輸出線的關鍵在于確保波形特性,例如tr,tf,輸入需要VOH,VOL等.此外,穩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.

防止輸出波形失真的措施包括:

　　a.配置串聯電阻
　　b.配置終端電阻
　　C.配置過濾器
　　d.匹配輸出線阻抗
配置串聯電阻:
　　將EPSON有源晶振連接到輸入設備通常會導致波形失真,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,并導致發出應消除的噪聲.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)和串聯電阻(Rs)等于輸出線阻抗(Z0).可以進行測試以確定串聯電阻的最佳值.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.

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.根據這些因素,配置會有所不同.通常,當輸出線上的阻抗與設備輸入的阻抗不匹配時,輸出波形會發生失真.當阻抗不匹配時,行波將無法完全接收,部分信號會反射回振蕩器,從而導致輸出波形失真.這導致高頻噪聲.當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錯誤.因此,正確的端接和阻抗匹配至關重要.為防止接收設備產生回聲,輸入的端接值應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.

過濾器配置:

　　通常,可以使用串聯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致電流增加,反過來會導致噪聲增加.
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,以便將直角轉換為45º角,或者在可能的情況下轉換為圓角曲線.另外,請避免使用通孔或T型分支.

　　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,輸出線最容易產生噪聲.因此,在設計和布局期間,應優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.頻率越高,輸出頻率元件上的阻尼就越大,從而降低了噪聲發射.
　　另一種是使用較短的電流環路路徑,如上所述,從輸出線發出的噪聲電平與電流環路路徑長度成正比.因此,重要的是使晶體振蕩器和輸入設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.為晶體振蕩器及其外圍電路精心設計電路對于降低噪聲至關重要.最佳的晶振電路設計可避免產生與噪聲有關的問題,并使器件能夠發揮其全部性能潛能.
　　以上資料由日本愛普生晶振公司與康華爾電子共同提供,如需了解更多關于有源晶振相關的技術資料,可以關注收藏本官網http://www.ntlitai.cn/,每天定時更新晶振行業的內容,提供相關的咨詢和采購服務,可以在官網上留言想問的問題,我們將給你最專業的回答!
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