一文搞懂晶振电路设计和考验方法_电阻_谐振器

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因此，在振荡电路的设计中，首先要考虑担保晶体谐振器的振荡并保持其稳定。
在上面那些方面确定后，下一步要考虑频率精度、频率可调性、调制电平、启动韶光等。

无源晶振

一文搞懂晶振电路设计和考验方法_电阻_谐振器智能

二. 元器件的浸染和参考值

在振荡电路的设计中，有必要理解各个元件的浸染。
参考基于C-MOS 工艺的芯片（东芝：74HCU04AP）的振荡电路（图1），其浸染如表1所示。

图 1

如表1所示，当反馈电阻器（Rf）未接进振荡电路中，纵然振荡电路通电，谐振器也不会开始振荡。
除非连接适当值的电阻器，否则晶振可能不会按照期望的模式开始振荡，反而会产生泛音或者基波振荡。

位号

名称

浸染

反馈电阻

从晶振电路中反相器的输出端到输入端反馈电流和旗子暗记

泄放电阻

限定流入谐振器的电流，调节负电阻和驱动电平，

防止谐振器的非常振荡并抑制频率颠簸

C1,C2

匹配电容

调度负电阻、驱动电平和振荡频率。
也可设置成任何给定的

负载。

表格 1

在基波谐振器（MHz波段）的情形下，反馈电阻常日为1 MΩ。
在泛音谐振器（MHz波段）的情形下，反馈电阻取决于IC和频率特性，反馈电阻取值在几个kΩ-数十kΩ的范围内。
对付音叉式谐振器（kHz波段），则须要连接10 MΩ或更大的反馈电阻。

泄放电阻（Rd）的得当值取决于谐振器的类型、频带和外部电容器（C1、C2）的值。
通过丈量振荡电路的特性（包括负电阻、驱动电平等）来确定其最佳值。
AT切谐振器（MHz波段）的Rd参考值在几百Ω-几个kΩ的范围内。
音叉型谐振器（kΩ波段）的Rd参考范围为100kΩ-几百kΩ。

外部电容器的得当值在3 pF-33 pF范围内，这取决于谐振器的类型、频带、泄放电阻的值和振荡形式。

三. 振荡电路的检测方法

必须利用精确的方法，尽可能丈量安装在电路板上的晶体谐振器振荡频率的准确值。
常日利用探头和频率计数器丈量振动频率，而且最主要的是只管即便减少丈量工具对丈量结果的影响。

图2、图3、图4所示为三种丈量频率的方法。
最精确的丈量方法是利用可以不打仗振荡电路就能丈量频率的频谱剖析仪。

图2、探针不影响频率的缘故原由是，作为缓冲的反相器的输出是可以丈量的。

图 2 反相器缓冲输出

图3、探针不影响频率的缘故原由是，芯片缓冲器输出频率（1/1，1/2等）也是可以丈量的。

图 3 芯片缓冲器输出

图4、此环境没有芯片缓冲级输出，为了减小探针对频率的影响，小于3pF的电容须要插入芯片XTAL_OUT的输出引脚和探针之间。
然而，利用这种方法，输出波形可能变小，而且由于频率计数器的灵敏度，纵然可以用示波器丈量，也不能用频率计数器丈量。
在这种情形下，利用放大器进行丈量。

图 4 无芯片缓冲器输出

其余，振荡频率因测点不同而不同。

1. 丈量缓冲器输出

2. 丈量振荡级输出

3. 通过电容丈量振荡级输出

图5展示了1-3丈量点，个中丈量缓冲器输出点，测得的振荡频率受探针影响较低。

图 5 三种丈量点

四. 丈量负电阻

这是确定振荡裕度的一种丈量方法，用于根据测得的值预测振荡的稳定性。

如图6所示，在谐振器中串联插入一个电阻（R），并将其更换为大一点的电阻值，直到停滞振荡。
在谐振器停滞振荡之前，这个电阻值是负电阻。

图 6 负电阻丈量

把稳：

在丈量点用示波器确认振荡波形。
在事情电压范围内确认负电阻的最小值。
根据事情温度范围利用干燥器、淬火剂、温控烘箱等办法，调节温度确认负电阻值。
10倍于最大晶体阻抗的负电阻，建议用于汽车运用和人身安全装置中。
对付其他运用，推举利用5倍于最大晶体阻抗的负电阻。
五. 丈量驱动电平

在利用晶振电路中，丈量正常事情时晶振所花费的功率。

如图7所示，利用电流探头（如P6022/Tektronix）丈量流入谐振器的电流（i）。

然而，在利用探针打仗振荡电路的方法中，由于电流会从探针流入GND，因此无法得到精确的值。

打算公式：

DL(drive level:W)=i^2xR1

.i(A):电流（有效值）

.R1(Ω)：晶振串联电阻

把稳：

晶振的最大许可驱动电平取决于晶振的大小和振荡模式。

六. 检讨非常振荡

在振荡电路中，检讨晶振是否可能以不期望的振荡模式振荡。

--大略测试方法--

当晶振的振荡模式为基本模式时，如图9所示，可通过用稍湿的手指捉住谐振器的两根引线，并在关闭电源到打开电源的同时分离手指来测试非常振动。
如果示波器中没有不雅观察到三次泛音振荡，则不存在非常振荡的可能性。
另一方面，当手指分开时，如果在示波器中不雅观察到三次泛音振荡，则有可能涌现非常振荡。
用湿手指检讨是为了在晶振两端形成一个小电阻，并如图8中的电路图所示降落Rf，以许可高频段振荡。

图 8 检讨非常振荡

正常时：

图9 正常振荡波型

非常时：

图 10 非常振荡波形

七. 振荡电路引起的不合格情形及对策

在晶体振荡电路的设计中，可能会涌现各种不合格情形。

比如：

1. 频率不能在哀求的范围内。
（只管运用须要精确的频率稳定性。
）

2. 频率无法调度。
（虽然频率可调电路。
）

3. 1/3或3倍标称频率的振荡

4. 晶振启动韶光明显延迟。