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      如何為MAX1470超外差接收機選擇石英晶體振蕩器

      發布時間:2008-11-04 來源:Maxim應用筆記

      中心論題:

      • 分析石英晶體振蕩器的性能指標
      • 結合MAX1470超外差接收機選擇合適的石英晶體振蕩器

      解決方案:

      • 通過添加外部元件(通常是電容),使石英晶體振蕩在串聯與反諧振頻率之間的任何頻率上
      • 謹慎使用大電容值的C16

      不同的制造商提供各種形狀與大小的石英晶體,其性能指標也各不一樣。這些指標包括諧振頻率、諧振模式、負載電容、串聯阻抗、管殼電容以及驅動電平。本篇應用筆記幫助讀者理解這些指標參數,并允許用戶根據應用選擇合適的晶體以及在MAX1470超外差接收機電路應用中獲得最佳效果。

      晶體的等效電路見圖1。圖中包括了動態元件:電阻Rs、電感Lm、電容Cm和并聯電容Co。這些動態元件決定了晶體的串聯諧振頻率和諧振器的Q值。并聯電容Co是晶體電極、管殼和引腿作用的結果。

       
      圖1. 晶體模型
       

      以下詳細給出主要的性能指標:

      諧振頻率
      晶體頻率可以根據接收頻率指定。由于MAX1470使用低端注入的10.7MHz中頻,晶體頻率可由下式給出(單位為MHz):
       

      對于315MHz應用,晶體的頻率可為4.7547MHz,而在433.92MHz應用時需要6.6128MHz晶體。僅基頻模式的晶體需要指定(無需泛音)。

      諧振模式
      晶體具有兩種諧振模式:串聯(兩個頻率中的低頻率)和并聯(反諧振,兩個頻率中的高頻率)。所有在振蕩電路中呈現純阻性時的晶體都表現出兩種諧振模式。在串聯諧振模式中,動態電容的容抗Cm、感抗Lm相等且極性相反,阻抗最小。在反諧振點。阻抗卻是最大的,電流是最小的。在振蕩器應用中不使用反諧振點。

      通過添加外部元件(通常是電容),石英晶體可振蕩在串聯與反諧振頻率之間的任何頻率上。在晶體工業中,這就是并聯頻率或者并聯模式。這個頻率高于串聯諧振頻率低于晶體真正的并聯諧振頻率(反諧振點)。圖2給出了典型的晶體阻抗與頻率關系的特性圖。

       
      圖2. 晶體阻抗相對頻率
       

      負載電容和可牽引性
      在使用并聯諧振模式時負載電容是晶體一個重要的指標。在該模式當中,晶體的總電抗呈現感性,與振蕩器的負載電容并聯,形成了LC諧振回路,決定了振蕩器的頻率。當負載電容值改變后,輸出頻率也隨之改變。因而,晶體的生產商必須知道振蕩器電路中的負載電容,這樣可以在工廠中使用同樣的負載電容來校準。

      如果使用諧振在不同的負載電容上的晶體,那么晶體頻率將偏離額定的工作頻率,這樣參考頻率將引入誤差。因而,需要添加外部電容,改變負載電容,使晶體重新振蕩到需要的工作頻率上。

      圖3給出MAX1470評估板電路里的晶體圖。在這個電路中,C14和C15是串聯牽引電容,而C16是并聯牽引電容。Cevkit為等效的MAX1470芯片加上評估PCB的寄生電容。Cevkit約為5pF。

       
      圖3. 評估板晶體等效電路
       

      串聯牽引電容會加快晶體振蕩,而并聯電容會減緩振蕩。Cevkit為5pF,如果使用負載電容為5pF的晶體,會振蕩到需要的頻率上,因而無需外部的電容(C16不接,同時C14和C15在板上短接)。評估板本身使用3pF負載電容的晶體,需要兩個15pF電容串聯加速振蕩。負載電容的計算如下:
       

      在這個例子中,如果不使用兩個串聯電容,4.7547MHz晶體會振蕩在4.7544MHz,而接收機將調諧在314.98MHz而不是315.0MHz,頻率誤差約為20kHz,也就是60ppm。

      因而,關鍵是使用串聯或者并聯或者兩種形式匹配晶體的負載容抗(取決于電容的值)。例如,1pF并聯電容是6pF負載電容所需要的(或者以下的結合形式:C14 = C15 = 27pF, C16 = 5pF)。

      謹慎使用大電容值的C16,因為它會增大諧振電路的電流,導致晶體停振,圖4給出了并聯電容和振蕩器電流的關系圖。

       
      圖4. 晶體振蕩器電流與附加的并聯負載電容的關系
       

      在定制的PCB板中,如果Cevkit未知,可以使用頻譜分析儀監測中頻(在信號進入頻譜分析儀之前確保使用隔直電容),然后使用串聯和并聯電容調諧中頻頻率至10.7MHz。

      串聯電阻
      普通晶體的典型串聯電阻為25Ω至100Ω。晶體制造商通常給出該電阻的特性并指定了其最大值。在MAX1470振蕩電路中該電阻不要超過100Ω。

      管殼或者并聯電容
      這個便是晶體電極、管殼和引腳的電容。典型值范圍為2pF至7pF。

      驅動電平
      必須限制晶體的功耗,在過分機械振動的條件下石英晶體會停振。由于非線性,晶體特性也會隨驅動電平變化。晶體制造商會根據特殊生產線指定最大的驅動電平。使用驅動電平在1µW范圍內的晶體。

      以上這些性能指標可指導用戶選擇合適的晶體以滿足MAX1470振蕩電路的需要,能夠改善接收機的整體性能。

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