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资深技术工程对石英晶振的振荡选定思路分享

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浏览：- 发布日期：2018-08-10 11:24:24【大中小】

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1、关于振荡电路

石英晶体谐振器是一种无源器件,因此受功率电压、环境温度、电路配置、电路常数、基片布线方式等因素的影响.因此,在振荡电路的设计中,首先要考虑保证石英晶振,石英晶体谐振器的振荡并使其保持稳定.确定这些点后,下一步应考虑频率、频率可拉性、调制水平、启动时间等的精度.
2、部件的角色和指南的数量

在设计振荡器电路时,有必要认识到各个部件的作用.因此,以使用通用C-MOSIC（东芝公司制造的74HCU04AP）作为振荡电路（图1）,表1解释了每个角色.

从表1可以看,如果没有安装反馈电阻（Rf）,即使电源施加在晶振振荡器电路上,振荡器也不会开始振荡.另外,如果未连接适当的电阻值,则在正常振荡模式下不会发生振荡,可能会发生谐波振荡或基波振荡.在基波振荡器（MHz频带）的情况下通常为1MΩ,在泛音振荡器（MHz频带）,但取决于特性和IC的频率不同的数值的情况下,在几个kΩ的~几十千欧的范围内我会的.在音叉型谐振器（kHz频带）的情况下,需要连接10MΩ或更大的电阻器.

表1

部件号	每个部分的名称	一个角色
RF	回报	电流和信号从振荡级反相器的输出侧反馈，以继续振荡器的振荡。该值根据振荡顺序而变化。
路	限制抵抗力	控制流入振动器的电流，调节负电阻和激励水平，防止传感器异常振荡并抑制频率波动。
C1，C2	外部电容器	调整负电阻，激励电平，振荡频率。此外，设置为任意负载容量

限制电阻（Rd）的适当值取决于石英晶振振荡器的类型,频带和外部电容（C1,C2）的值.在测量振荡电路的特性（负电阻,激励电平等）之后确定精确的数值.在AT切割振荡器（MHz频段）的情况下,经验法则成为百Ω站到几kΩ的表,在音叉式振动器（kHz频带）的情况下,将在100kΩ~几百千欧.
振动器的外部电容器,类型和频带的最佳值,还依赖于限流电阻值和振荡订单,量度将为约3pF的?33pF的.
3、振荡电路的考虑项目和方法
测量振荡频率

对于安装在电路中的石英晶振的振荡频率,必须使用正确的测量方法尽可能地测量真值.通常,探头和频率计用于测量振荡频率,但重要的是减少测量工具的影响并对其进行测量.由于在频率测量方法三种图案的下方（图2,图3,图4）示出了.最精确的测量方法是使用能够无接触地测量振荡电路的频谱分析仪.

图2中,为了测量从缓冲器的输出接收在逆变器,不会受到探头的下一级中的石英晶体振荡电路的输出.
图3测量了IC的缓冲输出（1/1,1/2等）,因此它不受探头的影响.
图4示出的情况下,而不通过以下的小电容器测量缓冲来自IC,探针3pF的之间的输出点（IC的XTALOUT端子）输出,以最小化探针的影响我会尽力而为.然而,由于在该方法中,输出波形变小,即使用示波器确认振荡波形,存在不能根据频率计数器的灵敏度测量的情况下.在这种情况下,请使用放大器等进行测量.

晶振,石英晶振振荡电路选定

振荡频率根据测量位置而变化.
①测量缓冲器输出时②测量振荡器级输出时③通过电容器测量石英晶振,振荡器级输出时图5显示了上述三个位置的测量结果,除了缓冲器输出外,由探头影响测量的频率显示为低.

4、负电阻的测量
它是一种测量,用于检查石英晶振,贴片晶振振荡电路中存在多少振荡余量并根据所获得的值预测振荡稳定性.如图6所示,当将电阻器（R）与振荡器串联连接并增加该值时,振荡器不会振荡到某个电阻值以上.紧接在该振荡停止之前的电阻值变为负电阻值.

晶振,石英晶振振荡电路选定

[注意事项]注意事项如下.
1.使用晶振,石英晶振振荡频率测量点的示波器判断是否存在振荡波形.
2.检查工作电压范围的最小值是否足够安全.
3.根据室温测量结果更改温度并检查.（根据工作温度范围适当使用干燥机,淬火剂,恒温槽等）
4.要使用的传感器的CI标准是车载关系,与人类生活相关的安全设备等的十倍以上.至于其他应用,它是否可以确保5次或更多次是一个标准.
5、激励水平的测量
在要使用的振荡电路中,测量在操作期间换能器消耗的功率.如图7所示,使用电流探头测量流入振荡器的电流（i）.使用其他方法可以进行测量,但是通过接触探头的方法,由于电流从探头流到GND,因此无法获得真值.

6、确认异常振荡
在要使用的振荡电路中,检查石英晶振,石英晶体振荡器是否有可能以正常振荡模式以外的模式振荡.的高振荡模式简单确认方法是,（从基波到第三.泛音振荡容易）图9是当振动器的振动模式的基波,铅的振荡器（即使在手指轻轻蘸水的情况下关闭电源→ON后松开手指,示波器的波形也为第3.如果没有泛音振荡,则可以判断不存在异常振荡的可能性.
相反,即使松开手指,示波器的波形也是第3位.如果使用泛音振荡,可以确定存在异常振荡的可能性.用水确认指状物的目的是在换能器端子之间形成小电阻并减小图8中电路图的Rf,以便于在高频范围内振荡.

晶振,石英晶振振荡电路选定

7、振荡电路引起的故障症状及其对策实例
在设计石英晶体振荡电路时,可能会出现各种故障症状.
例如,
1.实际设备的频率精度非常严格,但不能在要求的频率范围内.
2.它是一个调整频率的电路,但频率无法调整.
3.大约是正常频率频率的1/3或约3倍.
4.当电源被激活时,振荡器的振荡开始时间非常慢.
5.石英晶振,晶体振荡器不振荡,或振荡开始的时间很长.
因此,为了不引起这样的症状,它必须被检查,至少在上述振荡电路的基本项目.在这里,如果你不需要为了解决这个问题症状振荡器的规格变化,电路方面的措施,可以相对容易地实现.（表2参考）

表2

臭虫症状	原因	措施的一个例子
频率偏差	振荡器的负载电容和振荡器电路的负载电容不匹配。	改变电路常数（C1，C2）。
频率偏差	振荡器的负载电容和振荡器电路的负载电容不匹配。	改变传感器的负载能力。
频率无法调整	由于微调电容器引起的频率可变量不足。	降低微调电容器和固定电容器的容量。
它的振荡频率约为正常频率的三倍	电路常数与振荡器的振荡顺序不匹配。	增加反馈电阻（Rf）的值。
		插入限流电阻（Rd）。
		增加外部电容（C1，C2）的值。
以约正常频率的1/3的频率振荡	电路常数与振荡器的振荡顺序不匹配。	降低反馈电阻（Rf）的值。
		降低限制电阻（Rd）的值。
		降低外部电容（C1，C2）的值。
振荡器不振荡	电路的负电阻没有余量。	降低限制电阻（Rd）的值。
传感器启动时间长	电路的负电阻没有余量。	降低外部电容（C1，C2）的值。