晶體回路問(wèn)題分類(lèi)及處理方法

前言

我們?cè)O(shè)計(jì)晶體回路時(shí)，總能遇見(jiàn)各種各樣的問(wèn)題，比如晶體回路頻率不準(zhǔn)，溫度變化精度不準(zhǔn)。本來(lái)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得很好的狀態(tài)，可是大批量生產(chǎn)時(shí)有不起振的，或是工作一段時(shí)間有不工作的現(xiàn)象?？偠灾P(guān)于晶體震蕩回路總是有這樣或那樣的問(wèn)題。今天幫大家整理一下思路，總結(jié)一下到底有哪些問(wèn)題，該怎么解決。

震蕩回路介紹

處理晶振回路之前，我們先簡(jiǎn)單要了解一下晶體基本知識(shí)：晶體分為晶體單元和晶體振蕩器。

晶體單元，也就是我們通常會(huì)發(fā)生問(wèn)題器件，它是無(wú)源晶體，需要外接兩個(gè)負(fù)載電容。我們主要說(shuō)明的就是這類(lèi)震蕩回路。

晶體振蕩器屬于有源器件，只要供電就會(huì)工作中，所以出現(xiàn)問(wèn)題的可能性很小。今天不做分析。

晶體單元有幾個(gè)重要的參數(shù)，我們需要了解一下和它的標(biāo)準(zhǔn)震蕩回路。

圖1晶體單元標(biāo)準(zhǔn)回路

Rf：反饋電阻，一般在IC內(nèi)部。設(shè)計(jì)前要查明是否需要外接，一般時(shí)10M，20M。

反相器等：IC內(nèi)部

Cg和Cd：外接電容，通過(guò)調(diào)整大小可以改變頻率，功耗，起振能力等指標(biāo)。

Rd:限流電阻，很多設(shè)計(jì)是不用的。它是避免震蕩回路電流過(guò)大，起到限流的作用。

1 晶體元件頻率Nominal Frequency

晶體元件頻率（Nominal Frequency），也是工程師在電路設(shè)計(jì)和元件選購(gòu)時(shí)首要關(guān)注的參數(shù)。晶振常用標(biāo)稱(chēng)頻率在1～200MHz之間，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的輸出頻率也常用PLL（鎖相環(huán)）將低頻進(jìn)行倍頻至1GHz以上。我們稱(chēng)之為標(biāo)稱(chēng)頻率。

2 頻率誤差 Frequency Tolerance

頻率誤差（Frequency Tolerance）或頻率穩(wěn)定度（Frequency Stability），用單位ppm來(lái)表示，即百萬(wàn)分之一（parts per million）（10-6），是相對(duì)標(biāo)稱(chēng)頻率的變化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差為±20ppm，表示它的頻率偏差為12×20Hz=±240Hz，即頻率范圍是（11999760～12000240Hz）

3 等效電阻Equivalent Series Resistance

等效電阻，ESR，或是R1或是CI。都是指等效電阻的意思。

4 負(fù)載電容CL Load capacitance

晶體負(fù)載電容CL，就是晶體規(guī)格書(shū)標(biāo)出的值，是指整個(gè)外圍電容有效電容的總和。根據(jù)表格看，就是說(shuō)當(dāng)CL=6pf時(shí)（外掛倆個(gè)電容，寄生電容），輸出的頻率32.768KHz在± 10ppm范圍內(nèi)。

問(wèn)題分析

失效現(xiàn)象主要分類(lèi)

1. 時(shí)鐘不準(zhǔn)確超出廠商規(guī)格、通訊錯(cuò)誤、IC通訊異常等。

2. 大批量生產(chǎn)時(shí)有晶體不震動(dòng)現(xiàn)象。

3. 發(fā)貨前沒(méi)有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間晶體回路不工作。

無(wú)論哪種失效類(lèi)型，我們都要考慮晶體本身可能壞掉，盡管晶體出廠就是壞品的可能性非常低。這個(gè)最好分析的，直接交給原廠直接做質(zhì)量分析即可。我們這里不做介紹。

分析問(wèn)題我們都要有個(gè)思路，我們用“分析試問(wèn)題解決”思路來(lái)處理，即：現(xiàn)象-問(wèn)題（問(wèn)題帶來(lái)的影響）-原因-對(duì)策-風(fēng)險(xiǎn)

主要問(wèn)題

根據(jù)現(xiàn)象首先要精煉出對(duì)應(yīng)問(wèn)題，問(wèn)題一般有如下幾種：

1 精度出現(xiàn)偏差。

2 晶體回路起振能力不好。

3 晶體回路功耗過(guò)大。

4 晶體本身?yè)p壞。

5 其他問(wèn)題。

對(duì)策

然后原因分析，對(duì)策，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估。我們用一個(gè)表格來(lái)歸類(lèi)說(shuō)明。

例如：CE測(cè)試

CE測(cè)試（Crystal Evaluation），主要評(píng)估無(wú)源晶體回路特性，幫助客戶(hù)可靠的使用晶體器件，評(píng)估客戶(hù)當(dāng)前電路板晶體回路特性。

常規(guī)測(cè)試是通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載、電容等，來(lái)評(píng)估當(dāng)前晶體回路的頻偏、起振能力（-R）、驅(qū)動(dòng)功率。

下面有6張?jiān)斍閳D片，我們一起來(lái)看看吧！

1、石英晶體振蕩電路設(shè)計(jì)概要

2、雜散電容計(jì)算方式

3、負(fù)載電容的調(diào)整

4、驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

5、負(fù)電阻

6、晶體產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)溫度曲線圖

總結(jié)

當(dāng)晶體回路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，首先要根據(jù)現(xiàn)象，找出問(wèn)題所在，是頻率還是起振或其他問(wèn)題等。然后做幾個(gè)交叉試驗(yàn)，排除是否是晶體損壞帶來(lái)的影響。如果不是，把電路板交給原廠做個(gè)回路分析。最后根據(jù)分析的結(jié)果在做下一步處理，換電容，換晶體，或是調(diào)整IC。

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