本项目专注于石英晶体振荡器仿真电路设计的研究与开发,通过详细分析其工作原理及特性,构建精确高效的仿真模型。
石英晶体振荡器分为并联型和串联型两种类型。在并联型晶体振荡器中,石英晶体以并联谐振的形式出现,并具有电感特性;而在串联型晶体振荡器中,则是以串联谐振形式存在,表现出电阻的性质。
石英晶振利用了石英材料的压电效应来实现其功能。从电路等效模型来看(如图3所示),Lq和Cq分别代表由晶片振动产生的动态电感和电容,而Rq则表示机械摩擦损耗所对应的电阻值;同时,还存在一个静态电容C0。
石英晶体具有两个谐振频率:在串联支路发生串联共振时的频率fs下,由于C0较小,该点等效阻抗几乎完全由Rq决定,并且呈现纯电阻特性。当工作频率高于fs但低于另一个重要频段fp时,在此范围内电路表现为感性特征并与静态电容C0形成并联谐振现象。
根据上述原理分析可知:石英晶体在略高于其呈感性的频带内运行,可以作为三点式振荡器中的回路电感使用,并构成并联型晶振;而当工作于fs时,则相当于串联共振电路形式的串联型晶振。设计一个典型的并联类型石英晶振如图4所示:其中选频网络是由晶体自身以及C3、C4两个电容共同组成的,其对应的震荡频率可以表示为特定公式。
总的来说,该类器件的工作频率主要由内部固有的特性决定,并且对外部元件(例如C1和C2)的微小变化不敏感。因此,在实际应用中能够提供非常稳定的振荡信号输出。