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資深技術(shù)工程對石英晶振的振蕩選定思路分享
1、關(guān)于振蕩電路
石英晶體諧振器是一種無源器件,因此受功率電壓、環(huán)境溫度、電路配置、電路常數(shù)、基片布線方式等因素的影響.因此,在振蕩電路的設(shè)計中,首先要考慮保證石英晶振,石英晶體諧振器的振蕩并使其保持穩(wěn)定.確定這些點后,下一步應(yīng)考慮頻率、頻率可拉性、調(diào)制水平、啟動時間等的精度.2、部件的角色和指南的數(shù)量
在設(shè)計振蕩器電路時,有必要認識到各個部件的作用.因此,以使用通用C-MOSIC（東芝公司制造的74HCU04AP）作為振蕩電路（圖1）,表1解釋了每個角色.
從表1可以看,如果沒有安裝反饋電阻（Rf）,即使電源施加在晶振振蕩器電路上,振蕩器也不會開始振蕩.另外,如果未連接適當?shù)碾娮柚?則在正常振蕩模式下不會發(fā)生振蕩,可能會發(fā)生諧波振蕩或基波振蕩.在基波振蕩器（MHz頻帶）的情況下通常為1MΩ,在泛音振蕩器（MHz頻帶）,但取決于特性和IC的頻率不同的數(shù)值的情況下,在幾個kΩ的~幾十千歐的范圍內(nèi)我會的.在音叉型諧振器（kHz頻帶）的情況下,需要連接10MΩ或更大的電阻器.
表1
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部件號 |
每個部分的名稱 |
一個角色 |
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RF |
回報 |
電流和信號從振蕩級反相器的輸出側(cè)反饋，以繼續(xù)振蕩器的振蕩。 |
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路 |
限制抵抗力 |
控制流入振動器的電流，調(diào)節(jié)負電阻和激勵水平，防止傳感器異常振蕩并抑制頻率波動。 |
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C1，C2 |
外部電容器 |
調(diào)整負電阻，激勵電平，振蕩頻率。此外，設(shè)置為任意負載容量 |
限制電阻（Rd）的適當值取決于石英晶振振蕩器的類型,頻帶和外部電容（C1,C2）的值.在測量振蕩電路的特性（負電阻,激勵電平等）之后確定精確的數(shù)值.在AT切割振蕩器（MHz頻段）的情況下,經(jīng)驗法則成為百Ω站到幾kΩ的表,在音叉式振動器（kHz頻帶）的情況下,將在100kΩ~幾百千歐.
振動器的外部電容器,類型和頻帶的最佳值,還依賴于限流電阻值和振蕩訂單,量度將為約3pF的?33pF的.
3、振蕩電路的考慮項目和方法
測量振蕩頻率
對于安裝在電路中的石英晶振的振蕩頻率,必須使用正確的測量方法盡可能地測量真值.通常,探頭和頻率計用于測量振蕩頻率,但重要的是減少測量工具的影響并對其進行測量.由于在頻率測量方法三種圖案的下方（圖2,圖3,圖4）示出了.最精確的測量方法是使用能夠無接觸地測量振蕩電路的頻譜分析儀.
圖2中,為了測量從緩沖器的輸出接收在逆變器,不會受到探頭的下一級中的石英晶體振蕩電路的輸出.
圖3測量了IC的緩沖輸出（1/1,1/2等）,因此它不受探頭的影響.
圖4示出的情況下,而不通過以下的小電容器測量緩沖來自IC,探針3pF的之間的輸出點（IC的XTALOUT端子）輸出,以最小化探針的影響我會盡力而為.然而,由于在該方法中,輸出波形變小,即使用示波器確認振蕩波形,存在不能根據(jù)頻率計數(shù)器的靈敏度測量的情況下.在這種情況下,請使用放大器等進行測量.
振蕩頻率根據(jù)測量位置而變化.
①測量緩沖器輸出時②測量振蕩器級輸出時③通過電容器測量石英晶振,振蕩器級輸出時圖5顯示了上述三個位置的測量結(jié)果,除了緩沖器輸出外,由探頭影響測量的頻率顯示為低.
它是一種測量,用于檢查石英晶振,貼片晶振振蕩電路中存在多少振蕩余量并根據(jù)所獲得的值預(yù)測振蕩穩(wěn)定性.如圖6所示,當將電阻器（R）與振蕩器串聯(lián)連接并增加該值時,振蕩器不會振蕩到某個電阻值以上.緊接在該振蕩停止之前的電阻值變?yōu)樨撾娮柚?
1.使用晶振,石英晶振振蕩頻率測量點的示波器判斷是否存在振蕩波形.
2.檢查工作電壓范圍的最小值是否足夠安全.
3.根據(jù)室溫測量結(jié)果更改溫度并檢查.（根據(jù)工作溫度范圍適當使用干燥機,淬火劑,恒溫槽等）
4.要使用的傳感器的CI標準是車載關(guān)系,與人類生活相關(guān)的安全設(shè)備等的十倍以上.至于其他應(yīng)用,它是否可以確保5次或更多次是一個標準.
5、激勵水平的測量
在要使用的振蕩電路中,測量在操作期間換能器消耗的功率.如圖7所示,使用電流探頭測量流入振蕩器的電流（i）.使用其他方法可以進行測量,但是通過接觸探頭的方法,由于電流從探頭流到GND,因此無法獲得真值.
在要使用的振蕩電路中,檢查石英晶振,石英晶體振蕩器是否有可能以正常振蕩模式以外的模式振蕩.的高振蕩模式簡單確認方法是,（從基波到第三.泛音振蕩容易）圖9是當振動器的振動模式的基波,鉛的振蕩器（即使在手指輕輕蘸水的情況下關(guān)閉電源→ON后松開手指,示波器的波形也為第3.如果沒有泛音振蕩,則可以判斷不存在異常振蕩的可能性.
相反,即使松開手指,示波器的波形也是第3位.如果使用泛音振蕩,可以確定存在異常振蕩的可能性.用水確認指狀物的目的是在換能器端子之間形成小電阻并減小圖8中電路圖的Rf,以便于在高頻范圍內(nèi)振蕩.
在設(shè)計石英晶體振蕩電路時,可能會出現(xiàn)各種故障癥狀.
例如,
1.實際設(shè)備的頻率精度非常嚴格,但不能在要求的頻率范圍內(nèi).
2.它是一個調(diào)整頻率的電路,但頻率無法調(diào)整.
3.大約是正常頻率頻率的1/3或約3倍.
4.當電源被激活時,振蕩器的振蕩開始時間非常慢.
5.石英晶振,晶體振蕩器不振蕩,或振蕩開始的時間很長.
因此,為了不引起這樣的癥狀,它必須被檢查,至少在上述振蕩電路的基本項目.在這里,如果你不需要為了解決這個問題癥狀振蕩器的規(guī)格變化,電路方面的措施,可以相對容易地實現(xiàn).（表2參考）
表2
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臭蟲癥狀 |
原因 |
措施的一個例子 |
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頻率偏差 |
振蕩器的負載電容和振蕩器電路的負載電容不匹配。 |
改變電路常數(shù)（C1，C2）。 |
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改變傳感器的負載能力。 |
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頻率無法調(diào)整 |
由于微調(diào)電容器引起的頻率可變量不足。 |
降低微調(diào)電容器和固定電容器的容量。 |
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它的振蕩頻率約為正常頻率的三倍 |
電路常數(shù)與振蕩器的振蕩順序不匹配。 |
增加反饋電阻（Rf）的值。 |
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插入限流電阻（Rd）。 |
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增加外部電容（C1，C2）的值。 |
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以約正常頻率的1/3的頻率振蕩 |
電路常數(shù)與振蕩器的振蕩順序不匹配。 |
降低反饋電阻（Rf）的值。 |
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降低限制電阻（Rd）的值。 |
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降低外部電容（C1，C2）的值。 |
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振蕩器不振蕩 |
電路的負電阻沒有余量。 |
降低限制電阻（Rd）的值。 |
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傳感器啟動時間長 |
降低外部電容（C1，C2）的值。 |
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