完整版低噪声X1G0052910016晶体振荡器外围电路设计白皮书
　　振荡电路设计一直都是核心的关键步骤,尤其是对于爱普生晶振公司这样的大制造商来说,每一个环节都要求做到精确,完美,严谨,成功率高.X1G0052910016是爱普生公司石英晶体振荡器产品的其中一条原厂编码,系列料号是SG-9101CG晶振晶振,体积是2.50x2.00x0.80mm,在振荡器系列里算是比较小的一种尺寸了.本文的目的,就是对X1G0052910016晶振及其他爱普生振荡器产品,进行外围电路的电路设计,提供完整的分析过程和设计注意事项.下面表格是EPSON Oscillator产品的代码数据表,可供康华尔电子广大新老客户参考.

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

降低噪声的电路设计指南:
　　在电子设备和通信系统的设计和布局过程中,必须仔细考虑晶体振荡器和外围电路,以优化性能.作为信号源的核心,晶体振荡器必须产生高精度的输出,因此固有地对来自电路板其余部分的高频噪声敏感.该电路在设计时需要特别注意.这些技术说明可作为设计指南,以减少多个外围电路中的噪声,在这些外围电路中,高频噪声对石英晶体振荡器的输出尤其有害.
[晶体振荡器和外围电路中的噪声源]
　　首先,在图1中,我们指出了晶体振荡器和外围电路产生的典型噪声类型.主要有三种噪声源:
　　1.电源线产生的噪音
　　2.来自输出线的噪声
　　3.石英晶体振荡器产生的噪声通常被称为“噪声”的是这三个因素的累加结果.下面我们对每种噪声类型进行说明.

1.电源线产生的噪声电压纹波和开关噪声通常由电源线走线发出

　　这种噪声会影响贴片石英晶体振荡器的输出.此外,必须确保晶体振荡器产生的纹波噪声不会流到电源线.采取这种对策还可以改善隔离度,以防止其他器件产生的外部噪声流入晶体振荡器,从而保证了晶体振荡器的稳定性.
2.输出线噪声
　　输出线噪声是指由晶体振荡器输出的信号,其中输出线充当天线.应对输出信号和物理迹线实施降噪技术.
3.晶体振荡器IC噪声
　　晶体振荡器IC噪声是指内部IC和晶体振荡器的布线发出的噪声.解决该噪声需要确保为石英晶体振荡器提供稳定的电源,并确保形成所需的波形以实现晶体振荡器的稳定运行.这些噪声源取决于上述原因,可以通过本文后面提到的电源线和输出线技术间接减轻.
　　从上述源发出的噪声级别与电流和电流环路路径成比例.因此,电流或电流回路路径阻抗的减小将导致发出的噪声水平降低.通常,在电流和电流环路路径长度之间存在以下类型的相关性,因为它与晶体振荡器及其外围电路有关.
　　电流量:电源线=晶体振荡器>输出线
　　电流回路尺寸:输出线>电源线>>晶体振荡器
　　输出线噪声对晶体振荡电路的影响最大,其次是电源线的噪声.与其他两个来源的噪声相比,实际有源晶振IC发出的噪声水平通常要低得多.
[噪音对策]
　　到目前为止,在这些技术说明中,我们已经检查了晶体振荡器及其外围电路中的噪声源.在这里,我们说明了减少这种噪音的措施.共有三种主要的降噪措施:
　　1.建立稳定的电源和接地连接.
　　2.安装滤波器以防止电源线产生噪音.
　　3.在板上配置稳定的输出线.
1.稳定的电源和接地连接
　　稳定的电源和接地连接是指在很宽的频带(尤其是高频)上的极低阻抗水平,以及在整个带宽的所有点上均能实现均匀电势的导体.特别是,地线代表电路的基本电位,因此必须达到最大的稳定性.这就要求设计一个具有宽表面积而没有收缩的接地平面.在多层板上,额外的接地层用于在独立的层上配置电源线和接地线.当设计涉及焊点时,较宽的接触面积可确保较低的阻抗,从而减少噪声.
2.电源线过滤
　　通常的做法是在电源线和地线之间放置一个滤波器,以防止来自晶体振荡器的噪声泄漏到电源线或地线中,反之则防止来自电源线的噪声进入晶体振荡器.通常,旁路电容器用作电源线和地线的滤波器.下面提供了详细说明.旁路电容器旁路电容器的作用是降低相互作用的电阻抗,并有助于稳定电路工作,同时吸收电力线上存在的噪声.这是仅已知的噪声消除方法.安装具有适当电容值的电容器将解决大多数与噪声有关的石英晶振问题.旁路电容容量值标准旁路电容值介于0.01μF和1μF之间.该值应设置得尽可能低,但应在电源端子VCC和相对于地面的电源线阻抗的频率为晶体振荡器频率的三倍的范围内.在此,您必须确认此容量下的频率特性,以确保高频侧或低频带侧的阻抗电平不会增加.
[安装旁路电容器]
　　为了使噪声最小,旁路电容应安装在尽可能靠近晶体振荡器的位置.随着走线长度的增加,寄生电感将增加并导致更高频率的阻抗增加.应配置旁路电容器的走线长度,以使信号通过与电源线的连接.这将迫使噪声通过旁路电容器,并改善噪声消除效果.避免使用图2a所示的构造类型.安装旁路电容器时.高频噪声通常沿直线传播,因此,如果使用图2a所示的模式,则噪声将不会通过旁路电容器.因此,请使用图2b中所示的模式.

3.配置稳定的输出线

　　稳定的输出线是指可以有效地将石英晶体振荡器的输出波形传输到所需输入而失真和电磁辐射最小的走线.配置稳定的输出线的关键在于确保波形特性,例如tr,tf,输入需要VOH,VOL等.此外,稳定的输出线需要消除多余信号,例如过冲,下冲,振铃和回声,如图3b所示.同样重要的是要注意走线的天线效率,以最大程度地减少不必要的辐射.

防止输出波形失真的措施包括:

　　a.配置串联电阻
　　b.配置终端电阻
　　C.配置过滤器
　　d.匹配输出线阻抗
配置串联电阻:
　　将EPSON有源晶振连接到输入设备通常会导致波形失真,包括过冲,下冲和振铃.这些失真包含比振荡频率高3-7倍的高频元素,并导致发出应消除的噪声.为了消除这种失真,在晶体振荡器的输出端子和输出线之间连接了串联电阻,如图4所示.电阻值配置为晶体振荡器输出阻抗(Ro)和串联电阻(Rs)等于输出线阻抗(Z0).可以进行测试以确定串联电阻的最佳值.测试方法包括用示波器测量输出波形,并从低阻值过渡到高阻值.最佳电阻值是消除所有过冲,下冲和振铃的值.

配置终端电阻:

　　终端电阻的配置在很大程度上取决于接口的类型和所使用的时钟线的类型.根据这些因素,配置会有所不同.通常,当输出线上的阻抗与设备输入的阻抗不匹配时,输出波形会发生失真.当阻抗不匹配时,行波将无法完全接收,部分信号会反射回振荡器,从而导致输出波形失真.这导致高频噪声.当将晶体振荡器输出分支到多个器件时,此波形失真会引起触发错误.因此,正确的端接和阻抗匹配至关重要.为防止接收设备产生回声,输入的端接值应与输出线上的阻抗相同.图5显示了两种常见的端接方法:分离端接和AC端接.

过滤器配置:

　　通常,可以使用串联电阻或终端电阻来解决输出波形失真.如果这些方法不能解决问题,则使用过滤.声表面滤波器的使用是消除高频噪声的有效方法,但是这种方法会导致tr和tf(波形耗散)增加.这样,您必须选择适合于tr和tf属性的过滤器.另外,使用较大的电容器作为滤波器会导致电流增加,反过来会导致噪声增加.
输出线阻抗匹配:
　　为了减小输出线上的波形回波,需要使输出线阻抗尽可能一致.如图6所示,要获得一致的输出线阻抗,需要配置输出线图案曲线,以便将直角转换为45º角,或者在可能的情况下转换为圆角曲线.另外,请避免使用通孔或T型分支.

　　最后,我们将介绍两种最重要的减少噪声排放的方法.一种.使用较短的输出线在所有电路中,输出线最容易产生噪声.因此,在设计和布局期间,应优先考虑允许最短的输出线没有阻抗波动.使用较短的接线将使输出线谐振频率移至高频侧.频率越高,输出频率元件上的阻尼就越大,从而降低了噪声发射.
　　另一种是使用较短的电流环路路径,如上所述,从输出线发出的噪声电平与电流环路路径长度成正比.因此,重要的是使晶体振荡器和输入设备的输出和接地迹线尽可能短.一种简单的方法是将接地层安装在输出走线的另一侧.为晶体振荡器及其外围电路精心设计电路对于降低噪声至关重要.最佳的晶振电路设计可避免产生与噪声有关的问题,并使器件能够发挥其全部性能潜能.
　　以上资料由日本爱普生晶振公司与康华尔电子共同提供,如需了解更多关于有源晶振相关的技术资料,可以关注收藏本官网http://www.konuaer.com/,每天定时更新晶振行业的内容,提供相关的咨询和采购服务,可以在官网上留言想问的问题,我们将给你最专业的回答!
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