壓電晶體諧振器與振蕩器的仿真分析
來源：http://www.qp11688.cn 作者：金洛鑫電子 2020年01月11
壓電晶體諧振器與振蕩器的仿真分析
在毫米波應用中,振蕩器是許多模擬電路中的通用模塊.下面的文章提供了一些有關如何建模作為其主要成分的壓電諧振器的建議,表示石英晶體諧振器阻抗的RLC電路在圖1中用兩個端子等效表示.
上面的電路顯示,靜電容C0代表絕緣體被兩個電極隔開的效果,而運動分支L1-C1-R1等效于壓電振動的隔離模式,分別模擬慣性,恢復力和摩擦.金屬罐中的設備可能需要用包含固定器電容的三端等效模型進行建模,請參見圖2.如有必要,可以將其他不必要的振蕩模式(例如雜散)模擬為與L1-C1并聯(lián)的附加運動分支.-R1.
準確計算等效電路中的元件值對于提供可靠的仿真至關重要.加載通常用于10MHz晶振的標準模型時,將為并聯(lián)或串聯(lián)諧振模式產(chǎn)生錯誤的頻率:此外,在上拉電路中,運動電容的值不正確也會對變化的負載電容產(chǎn)生錯誤的靈敏度.
以一個27MHz的基本晶體為例,它的負載電容為12pF,牽引靈敏度為20ppm/pF.運動共振方程為Fs=1/[2(L1*C1)]
對于并聯(lián)諧振,Fp=Fs[1+C1/(2*C0)]=27.000MHz
對于牽引靈敏度,S=1000000*C1/2(C0+Cl)²=20ppm/pF
負載電容CL為12pF.如果我們將C0指定為3pF的并聯(lián)電容,則運動電容C1為9pF,Fs變?yōu)?6.95956MHz,運動電感L1為3.87mH.運動阻力的合理范圍是20~30MHz晶振和60~10MHz對于其他頻率:
陶瓷諧振器的仿真更加困難,因為這三個端子部分都包含內(nèi)部負載電容器,并且電抗與阻抗的比值低于晶體的值.共振頻率也低于晶體,因此反應成分的尺寸進一步減小.品質(zhì)因數(shù)的降低意味著啟動速度更快,但缺點是負載電容值對振蕩器頻率的影響大于晶體.
兩個終端諧振器的典型值為:
對任何振蕩器的啟動進行建模也是一項困難的工作.Barkhausen標準是:石英晶體振蕩器中的環(huán)路增益必須等于或大于1,并且相移必須為2的倍數(shù),電路才能啟動.實際上,增加一個與晶體或諧振器并聯(lián)的大電阻器可以改善啟動性能,因此在仿真器中,諧振器兩端的電阻值為1Meg,運行在1MHz以上的晶體的電阻值為10Meg,而在表晶晶體上的電阻值為22Meg,也可能會獲得一些積極的結果.
壓電晶體諧振器與振蕩器的仿真分析
在毫米波應用中,振蕩器是許多模擬電路中的通用模塊.下面的文章提供了一些有關如何建模作為其主要成分的壓電諧振器的建議,表示石英晶體諧振器阻抗的RLC電路在圖1中用兩個端子等效表示.
準確計算等效電路中的元件值對于提供可靠的仿真至關重要.加載通常用于10MHz晶振的標準模型時,將為并聯(lián)或串聯(lián)諧振模式產(chǎn)生錯誤的頻率:此外,在上拉電路中,運動電容的值不正確也會對變化的負載電容產(chǎn)生錯誤的靈敏度.
以一個27MHz的基本晶體為例,它的負載電容為12pF,牽引靈敏度為20ppm/pF.運動共振方程為Fs=1/[2(L1*C1)]
對于并聯(lián)諧振,Fp=Fs[1+C1/(2*C0)]=27.000MHz
對于牽引靈敏度,S=1000000*C1/2(C0+Cl)²=20ppm/pF
負載電容CL為12pF.如果我們將C0指定為3pF的并聯(lián)電容,則運動電容C1為9pF,Fs變?yōu)?6.95956MHz,運動電感L1為3.87mH.運動阻力的合理范圍是20~30MHz晶振和60~10MHz對于其他頻率:
| 頻率(MHz) | R1(歐姆) | L1(米高) | C1(pF) | C0(pF) |
| 2.00 | 200 | 520 | 0.012 | 4 |
| 5.00 | 50 | 115 | 0.010 | 3 |
| 15.00 | 30 | 12.5 | 0.009 | 5 |
| 30.00 | 20 | 4.7 | 0.006 | 3 |
兩個終端諧振器的典型值為:
| 頻率(MHz) | R1(歐姆) | L1(米高) | C1(pF) | C0(pF) |
| 3.58 | 7 | 0.113 | 1936 | 140 |
| 6.0 | 8 | 0.094 | 8.3 | 60 |
| 8.0 | 7 | 0.092 | 4.6 | 40 |
| 11.0 | 10 | 0.057 | 3.9 | 30 |
壓電晶體諧振器與振蕩器的仿真分析
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