【讲座】晶体谐振器的电路评估 中场 : 晶体谐振器的FAQ

开始吧

在振荡电路中，以下4个原因可能会造成模块故障:

• 振荡无法启动或振荡停止。

  如果振荡电路不起作用，在定时钟上运行的模块就无法正常工作。

  
  

• 实际振荡频率与标称频率不同

  如果实际振荡频率超出了模块所需的频率范围，就会发生IC交易时序错误或数据传输/接收错误。

  
  

• 振幅不足

  如果振幅过小，就无法产生时钟脉冲。这可能是IC故障所致。

  
  

• 振荡频率的温度特性不正常

  如果晶体谐振器实际驱动功率大于规定的最大驱动电平，振荡频率的温度特性就可能不正常。这可能是IC故障所致。

调查根本原因，以便检查是否因为上述原因造成了模块故障，并采取相应的措施。

• IC设置

  
  

  需要对一些IC进行编程或重置，以启用振荡电路。请检查是否完成所需的设置。

• 检查C-MOS逆变器是否发挥了放大器的功能

  
  

  请确保振荡电路C-MOS逆变器发挥了反相放大器的功能。反馈电阻 (Rf) 作为偏置电阻是非常重要的，可以使C-MOS逆变器发挥反相放大器的功能。请检查Rf是否集成到了IC或添加到了振荡电路中。如果作为反相放大器，C-MOS逆变器输入/输出端DC电压电平应为C-MOS逆变器电压的1/2。

• 检查晶体谐振器的特性

  
  

  请检查“R1”和“fL”是否符合规格。需要网络分析仪或阻抗分析仪来进行检查。

• 检查振荡裕量

  
  

  如果晶体谐振器的特性正常，则可能是振荡裕量不足造成了振荡停止。[“什么是振荡裕量?” “如何检查振荡裕量?”（点击阅读）]

• 减小外部电容会增加振荡裕量

• 减小外部电容会增加C-MOS逆变器输出端的阻抗。

• 增加阻抗会增加振荡电路的负阻并增加振荡裕量。

• 在减小外部电容之后，请检查实际振荡频率是否在需要的频率范围内。减小外部电容会增加振荡频率。

  
  

• 阻尼电阻会减小振荡幅度。由于负阻增加，振荡裕量也会增加，从而减小阻尼电阻。

• 在减小阻尼电阻之后，请检查驱动功率位于晶体谐振器的范围内，因为减小阻尼电阻会增加驱动功率。

  
  

  

如果实际振荡频率偏离标称频率，那么应考虑以下原因：

• 晶体谐振器的实际驱动功率超过了规定的超大值。

• 实际负载电容不同于规格中的规定值。

• 振荡不正常。

1. 晶体谐振器的实际驱动功率超过了规定的超大值

重要的是晶体谐振器实际驱动功率应处于驱动功率规格内。驱动功率过大，可能会导致振荡频率的增加或R1的增加。本[讲座]后续将详细介绍如何调整驱动功率。

如果想减小驱动功率，可以采取以下措施:：

• 措施1:增加阻尼电阻

  
  

  增加阻尼电子，反相放大器的输出幅度将会减小，实际驱动功率也将减小。

  
  

  通过这样的调整，振荡幅度也将减小。因此，最好是检查一下振荡裕量是否超过了5倍。此外，需要注意振荡幅度不能变得太小。

• 措施2:减小外部负载电容

  
  

  减小外部负载电容，振荡电路阻抗将会增加，因此实际驱动功率将会减小。这样一来，由于负载电容减小，实际振荡频率将会增加。因此，最好是检查一下实际振荡频率是否位于想要的频率范围内。

2. 实际负载电容不同于规格中的规定值

晶体谐振器的振荡频率通常按其规格中规定的负载电容排序。因此，如果实际负载电容不同于规格中规定的负载电容，实际振荡频率就可能会不同于晶体谐振器的标称频率。

可以通过下列措施来调整频差:

• 措施1:调整外部负载电容

  
  

  增加外部负载电容以减小实际的振荡频率。请注意，如果增加外部负载电容，振荡裕量可能会减小。增加外部负载电容，可以减小振荡幅度。

• 措施2:更改指定了不同负载电容的晶体谐振器

  
  

  使用大负载电容的晶体谐振器以增加实际振荡频率。例如，需要30MHz频率并使用标称频率为30MHz，负载电容为6pF的晶体谐振器。

  
  

  但是，确定实际振荡为30MHz，±30ppm。实际电路板上的负载电容应大于6pF。因此，应将30MHz，8pF晶体谐振器作为负载电容。这样一来，实际振荡频率将变为30MHz，±5ppm，于是就调整了频差。

3. 振荡不正常

振荡电路的工作频率可能不在晶体谐振器标称频率范围内。这也称为“不规则振荡”，如果C-MOS逆变器不是非缓冲型的，就可能会发生这种现象。

调整阻尼电阻和外部负载电容，可以减少不规则振荡发生的几率。

为了从根本上解决这个问题，需要使用装有非缓冲型C-MOS逆变器的IC。

如果出现了不规则振荡，请联系IC制造商，以确定C-MOS逆变器是否是非缓冲型逆变器。

如果IC不是非缓冲型，请考虑将IC更改为安装有非缓冲型C-MOS逆变器的IC。

注：非缓冲型：在装有C-MOS逆变器的振荡电路中，装有单个C-MOS的逆变器 (也称为“非缓冲型”逆变器) 更好。安装有多个C-MOS或施密特触发器的逆变器不适合振荡电路，因为如果没有晶体谐振器，它们可能会造成非正常振荡。

• 联系IC制造商，以确定哪一端 (输入或输出端) 连接着IC的时钟系统。

• 用信号发生器来代替晶体谐振器，以便通过改变信号幅度来检查IC和模块的功能。

• 减小阻尼电阻以减小幅度，从而增加振荡裕量。

• 在减小阻尼电阻之后，请确认晶体谐振器实际驱动功率位于范围内，因为减小阻尼电阻会增加驱动功率。

• 减小外部负载电容以增加振荡幅度。

• 请注意，电容过小会造成幅度减小。

• 还请检查实际振荡频率，因为减小负载电容，可能会增加实际振荡频率。

• 由于增加阻抗，会增加逆变器输入端的振荡幅度。

• 和措施2一样，请注意电容和频移不要过小。

振荡频率温度特性异常时，应考虑以下原因：

• 驱动功率过高

• 晶体谐振器特征异常

• 振荡电路元件温度特性的影响

如果驱动功率超过了晶体谐振器规格中规定的数值，那么可以确定振荡频率的异常温    度特性。这就是所谓的“跳变”或“激发性跳变”。由于驱动功率过高可能会造成这种现象。

如果驱动功率超过了晶体谐振器规格中规定的数值，那么可以确定振荡频率的异常温度特性。

如果是激发性跳变，振荡频率的温度特性可能会被扭曲。为了避免发生激发性跳变，需要降低驱动功率。

关于村田

株式会社村田制作所是一家进行基于陶瓷的无源电子元件与解决方案、通信模块和电源模块之设计、制造与销售的全球领先企业。村田致力于开发先进的电子材料以及领先的多功能和高密度模块。公司的员工和制造基地遍布世界各地。

 

公众号ID：murata-eetrend

扫码关注最新动态