前言

我們設計晶體回路時，總能遇見各種各樣的問題，比如晶體回路頻率不準，溫度變化精度不準。本來在實驗室測得很好的狀態(tài)，可是大批量生產時有不起振的，或是工作一段時間有不工作的現(xiàn)象。總而言之關于晶體震蕩回路總是有這樣或那樣的問題。今天幫大家整理一下思路，總結一下到底有哪些問題，該怎么解決。

震蕩回路介紹

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

晶體單元，也就是我們通常會發(fā)生問題器件，它是無源晶體，需要外接兩個負載電容。我們主要說明的就是這類震蕩回路。

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

晶體單元有幾個重要的參數(shù)，我們需要了解一下和它的標準震蕩回路。

圖1晶體單元標準回路

Rf：反饋電阻，一般在IC內部。設計前要查明是否需要外接，一般時10M，20M。

反相器等：IC內部

Cg和Cd：外接電容，通過調整大小可以改變頻率，功耗，起振能力等指標。

Rd: 限流電阻，很多設計是不用的。它是避免震蕩回路電流過大，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計和元件選購時首要關注的參數(shù)。晶振常用標稱頻率在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))將低頻進行倍頻至1GHz以上。我們稱之為標稱頻率。

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來表示，即百萬分之一(parts per million)(10-6)，是相對標稱頻率的變化量，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 負載電容CL Load capacitance

晶體負載電容CL，就是晶體規(guī)格書標出的值，是指整個外圍電容有效電容的總和。根據表格看，就是說當CL=6pf時(外掛倆個電容，寄生電容)，輸出的頻率32.768KHz在± 10ppm范圍內。

問題分析

失效現(xiàn)象主要分類

1. 時鐘不準確超出廠商規(guī)格、通訊錯誤、IC通訊異常等。

2. 大批量生產時有晶體不震動現(xiàn)象。

3. 發(fā)貨前沒有問題，經過一段時間晶體回路不工作。

無論哪種失效類型，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。這個最好分析的，直接交給原廠直接做質量分析即可。我們這里不做介紹。

分析問題我們都要有個思路，我們用“分析試問題解決”思路來處理，即：現(xiàn)象-問題(問題帶來的影響)-原因-對策-風險

主要問題

根據現(xiàn)象首先要精煉出對應問題，問題一般有如下幾種：

1 精度出現(xiàn)偏差。

2 晶體回路起振能力不好。

3 晶體回路功耗過大。

4 晶體本身損壞。

5 其他問題。

對策

然后原因分析，對策，風險預估。我們用一個表格來歸類說明。

例如：CE測試

CE測試(Crystal Evaluation)，主要評估無源晶體回路特性，幫助客戶可靠的使用晶體器件，評估客戶當前電路板晶體回路特性。

常規(guī)測試是通過調節(jié)負載、電容等，來評估當前晶體回路的頻偏、起振能力(-R)、驅動功率。

下面有6張詳情圖片，我們一起來看看吧!

1、石英晶體振蕩電路設計概要

2、雜散電容計算方式

3、負載電容的調整

4、驅動標準

5、負電阻

6、晶體產品方案設計溫度曲線圖

總結

當晶體回路出現(xiàn)問題時，首先要根據現(xiàn)象，找出問題所在，是頻率還是起振或其他問題等。然后做幾個交叉試驗，排除是否是晶體損壞帶來的影響。如果不是，把電路板交給原廠做個回路分析。最后根據分析的結果在做下一步處理，換電容，換晶體，或是調整IC。

審核編輯：湯梓紅