【講座】晶體諧振器的電路評(píng)估 中場(chǎng) : 晶體諧振器的FAQ

開(kāi)始吧

在振蕩電路中，以下4個(gè)原因可能會(huì)造成模塊故障:

• 振蕩無(wú)法啟動(dòng)或振蕩停止。

  如果振蕩電路不起作用，在定時(shí)鐘上運(yùn)行的模塊就無(wú)法正常工作。

  
  

• 實(shí)際振蕩頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率不同

  如果實(shí)際振蕩頻率超出了模塊所需的頻率范圍，就會(huì)發(fā)生IC交易時(shí)序錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)傳輸/接收錯(cuò)誤。

  
  

• 振幅不足

  如果振幅過(guò)小，就無(wú)法產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。這可能是IC故障所致。

  
  

• 振蕩頻率的溫度特性不正常

  如果晶體諧振器實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率大于規(guī)定的最大驅(qū)動(dòng)電平，振蕩頻率的溫度特性就可能不正常。這可能是IC故障所致。

調(diào)查根本原因，以便檢查是否因?yàn)樯鲜鲈蛟斐闪四K故障，并采取相應(yīng)的措施。

• IC設(shè)置

  
  

  需要對(duì)一些IC進(jìn)行編程或重置，以啟用振蕩電路。請(qǐng)檢查是否完成所需的設(shè)置。

• 檢查C-MOS逆變器是否發(fā)揮了放大器的功能

  
  

  請(qǐng)確保振蕩電路C-MOS逆變器發(fā)揮了反相放大器的功能。反饋電阻 (Rf) 作為偏置電阻是非常重要的，可以使C-MOS逆變器發(fā)揮反相放大器的功能。請(qǐng)檢查Rf是否集成到了IC或添加到了振蕩電路中。如果作為反相放大器，C-MOS逆變器輸入/輸出端DC電壓電平應(yīng)為C-MOS逆變器電壓的1/2。

• 檢查晶體諧振器的特性

  
  

  請(qǐng)檢查“R1”和“fL”是否符合規(guī)格。需要網(wǎng)絡(luò)分析儀或阻抗分析儀來(lái)進(jìn)行檢查。

• 檢查振蕩裕量

  
  

  如果晶體諧振器的特性正常，則可能是振蕩裕量不足造成了振蕩停止。[“什么是振蕩裕量?” “如何檢查振蕩裕量?”（點(diǎn)擊閱讀）]

• 減小外部電容會(huì)增加振蕩裕量

• 減小外部電容會(huì)增加C-MOS逆變器輸出端的阻抗。

• 增加阻抗會(huì)增加振蕩電路的負(fù)阻并增加振蕩裕量。

• 在減小外部電容之后，請(qǐng)檢查實(shí)際振蕩頻率是否在需要的頻率范圍內(nèi)。減小外部電容會(huì)增加振蕩頻率。

  
  

• 阻尼電阻會(huì)減小振蕩幅度。由于負(fù)阻增加，振蕩裕量也會(huì)增加，從而減小阻尼電阻。

• 在減小阻尼電阻之后，請(qǐng)檢查驅(qū)動(dòng)功率位于晶體諧振器的范圍內(nèi)，因?yàn)闇p小阻尼電阻會(huì)增加驅(qū)動(dòng)功率。

  
  

  

如果實(shí)際振蕩頻率偏離標(biāo)稱(chēng)頻率，那么應(yīng)考慮以下原因：

• 晶體諧振器的實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率超過(guò)了規(guī)定的超大值。

• 實(shí)際負(fù)載電容不同于規(guī)格中的規(guī)定值。

• 振蕩不正常。

1. 晶體諧振器的實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率超過(guò)了規(guī)定的超大值

重要的是晶體諧振器實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)處于驅(qū)動(dòng)功率規(guī)格內(nèi)。驅(qū)動(dòng)功率過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率的增加或R1的增加。本[講座]后續(xù)將詳細(xì)介紹如何調(diào)整驅(qū)動(dòng)功率。

如果想減小驅(qū)動(dòng)功率，可以采取以下措施:：

• 措施1:增加阻尼電阻

  
  

  增加阻尼電子，反相放大器的輸出幅度將會(huì)減小，實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率也將減小。

  
  

  通過(guò)這樣的調(diào)整，振蕩幅度也將減小。因此，最好是檢查一下振蕩裕量是否超過(guò)了5倍。此外，需要注意振蕩幅度不能變得太小。

• 措施2:減小外部負(fù)載電容

  
  

  減小外部負(fù)載電容，振蕩電路阻抗將會(huì)增加，因此實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率將會(huì)減小。這樣一來(lái)，由于負(fù)載電容減小，實(shí)際振蕩頻率將會(huì)增加。因此，最好是檢查一下實(shí)際振蕩頻率是否位于想要的頻率范圍內(nèi)。

2. 實(shí)際負(fù)載電容不同于規(guī)格中的規(guī)定值

晶體諧振器的振蕩頻率通常按其規(guī)格中規(guī)定的負(fù)載電容排序。因此，如果實(shí)際負(fù)載電容不同于規(guī)格中規(guī)定的負(fù)載電容，實(shí)際振蕩頻率就可能會(huì)不同于晶體諧振器的標(biāo)稱(chēng)頻率。

可以通過(guò)下列措施來(lái)調(diào)整頻差:

• 措施1:調(diào)整外部負(fù)載電容

  
  

  增加外部負(fù)載電容以減小實(shí)際的振蕩頻率。請(qǐng)注意，如果增加外部負(fù)載電容，振蕩裕量可能會(huì)減小。增加外部負(fù)載電容，可以減小振蕩幅度。

• 措施2:更改指定了不同負(fù)載電容的晶體諧振器

  
  

  使用大負(fù)載電容的晶體諧振器以增加實(shí)際振蕩頻率。例如，需要30MHz頻率并使用標(biāo)稱(chēng)頻率為30MHz，負(fù)載電容為6pF的晶體諧振器。

  
  

  但是，確定實(shí)際振蕩為30MHz，±30ppm。實(shí)際電路板上的負(fù)載電容應(yīng)大于6pF。因此，應(yīng)將30MHz，8pF晶體諧振器作為負(fù)載電容。這樣一來(lái)，實(shí)際振蕩頻率將變?yōu)?0MHz，±5ppm，于是就調(diào)整了頻差。

3. 振蕩不正常

振蕩電路的工作頻率可能不在晶體諧振器標(biāo)稱(chēng)頻率范圍內(nèi)。這也稱(chēng)為“不規(guī)則振蕩”，如果C-MOS逆變器不是非緩沖型的，就可能會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。

調(diào)整阻尼電阻和外部負(fù)載電容，可以減少不規(guī)則振蕩發(fā)生的幾率。

為了從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，需要使用裝有非緩沖型C-MOS逆變器的IC。

如果出現(xiàn)了不規(guī)則振蕩，請(qǐng)聯(lián)系IC制造商，以確定C-MOS逆變器是否是非緩沖型逆變器。

如果IC不是非緩沖型，請(qǐng)考慮將IC更改為安裝有非緩沖型C-MOS逆變器的IC。

注：非緩沖型：在裝有C-MOS逆變器的振蕩電路中，裝有單個(gè)C-MOS的逆變器 (也稱(chēng)為“非緩沖型”逆變器) 更好。安裝有多個(gè)C-MOS或施密特觸發(fā)器的逆變器不適合振蕩電路，因?yàn)槿绻麤](méi)有晶體諧振器，它們可能會(huì)造成非正常振蕩。

• 聯(lián)系IC制造商，以確定哪一端 (輸入或輸出端) 連接著IC的時(shí)鐘系統(tǒng)。

• 用信號(hào)發(fā)生器來(lái)代替晶體諧振器，以便通過(guò)改變信號(hào)幅度來(lái)檢查IC和模塊的功能。

• 減小阻尼電阻以減小幅度，從而增加振蕩裕量。

• 在減小阻尼電阻之后，請(qǐng)確認(rèn)晶體諧振器實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率位于范圍內(nèi)，因?yàn)闇p小阻尼電阻會(huì)增加驅(qū)動(dòng)功率。

• 減小外部負(fù)載電容以增加振蕩幅度。

• 請(qǐng)注意，電容過(guò)小會(huì)造成幅度減小。

• 還請(qǐng)檢查實(shí)際振蕩頻率，因?yàn)闇p小負(fù)載電容，可能會(huì)增加實(shí)際振蕩頻率。

• 由于增加阻抗，會(huì)增加逆變器輸入端的振蕩幅度。

• 和措施2一樣，請(qǐng)注意電容和頻移不要過(guò)小。

振蕩頻率溫度特性異常時(shí)，應(yīng)考慮以下原因：

• 驅(qū)動(dòng)功率過(guò)高

• 晶體諧振器特征異常

• 振蕩電路元件溫度特性的影響

如果驅(qū)動(dòng)功率超過(guò)了晶體諧振器規(guī)格中規(guī)定的數(shù)值，那么可以確定振蕩頻率的異常溫    度特性。這就是所謂的“跳變”或“激發(fā)性跳變”。由于驅(qū)動(dòng)功率過(guò)高可能會(huì)造成這種現(xiàn)象。

如果驅(qū)動(dòng)功率超過(guò)了晶體諧振器規(guī)格中規(guī)定的數(shù)值，那么可以確定振蕩頻率的異常溫度特性。

如果是激發(fā)性跳變，振蕩頻率的溫度特性可能會(huì)被扭曲。為了避免發(fā)生激發(fā)性跳變，需要降低驅(qū)動(dòng)功率。

關(guān)于村田

株式會(huì)社村田制作所是一家進(jìn)行基于陶瓷的無(wú)源電子元件與解決方案、通信模塊和電源模塊之設(shè)計(jì)、制造與銷(xiāo)售的全球領(lǐng)先企業(yè)。村田致力于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的電子材料以及領(lǐng)先的多功能和高密度模塊。公司的員工和制造基地遍布世界各地。

 

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