了解為什么石英晶體振蕩器的驅動電平很重要，以及如何測量它的幾種方法。

驅動電平是指晶體中耗散的功率量。 晶體具有機械振動。 較高的驅動電平會將振動幅度增加到不可接受的水平，并造成不良影響。 為了限制這些振動，晶體中的功耗不應超過制造商指定的值。

典型驅動電平值在100 μW范圍內。 使用較小的表面貼裝晶體，額定驅動電平可以更小（約10 μW）。

在本文中，我們將介紹可用于測量晶體功率電平的測試設置和相關方程。

驅動器級別依賴關系

增加驅動電平會導致晶體的運動阻力和頻率增加。 這種效應通常稱為驅動器級依賴關系 （DLD），如圖 1 所示。

***圖1. *晶體運動阻力和頻率與驅動電平的關系。 圖片由 瑞薩電子.

極低的驅動電平也會使晶體的串聯電阻增加到使振蕩器無法啟動的值。 由于這種效應，給定的晶體有時會成功啟動，有時會失敗。

這些晶體有時被稱為“沉睡晶體”。 有趣的是，一段時間不活躍的晶體也可能表現出遠高于額定值的大串聯電阻。 這也可能導致晶體偶爾無法啟動。 可能導致這種影響的不活動期可能是數小時到數周，具體取決于晶體質量。

超速駕駛會造成嚴重損壞

超過規定的驅動電平可能會導致一些不良影響。 它會縮短器件壽命，引起振蕩頻率波動，并降低穩定性。 圖2顯示了超過最大驅動電平如何改變晶體的頻率與溫度響應。

***圖2. *超過最大驅動電平對晶體頻率和溫度響應的影響。 圖片由 拉創.

在本例中，額定功率為10 μW的晶體在500 μW時過驅動。 我們觀察到的溫度響應不穩定，而不是平滑的頻率與溫度曲線。 在明顯更高的功率水平下（例如，在額定值的10倍時），過驅動會對晶體造成不可逆轉的損壞。

使用電流探頭測量驅動電平

由于不能直接測量晶體驅動電平，因此我們需要測量電路量，例如電壓或電流，并使用晶體電模型來近似其功率電平。 這等效電路晶體如圖3所示。

圖3. 晶體的等效電路。 圖片由意法半導體

我們只需要找到該網絡在諧振時的有效電阻，并測量晶體電流即可計算驅動電平。 這負載電容 C 時的晶體等效串聯電阻 （ESR）L 由以下人員給出：

驅動器級別可通過以下方式獲得：

等式 1

我在哪里Q， RMS 表示流過晶體的均方根電流。 如圖4所示，電流探頭可用于測量晶體電流。

***圖4. ***使用電流探頭測量晶體電流

晶體電流通常是正弦或鋸齒形的。 圖6顯示了一個電流波形近似正弦的示例。

圖6. 流過晶體的電流。 圖片由 愛普生.

對于正弦波形，我們可以應用以下公式從峰峰值（I Q， p-p ):

對于鋸齒波形，RMS值由下式給出：

根據波形類型，應使用這兩個公式之一從峰峰值中找到RMS值。 然后，我們可以代入公式1中的RMS電流并計算驅動電平。

插入串聯電阻以測量晶體電流

如果沒有電流探頭，我們可以暫時放置一個小電阻與晶體串聯，并使用差分探頭測量電阻兩端的電壓。

有了電阻值和壓降，我們可以找到晶體電流。 如圖 7 所示。

***圖7. *表示用于查找晶體電流的設置。 圖片由美信集成.

為了確保電阻足夠小并且不會產生明顯的測量誤差，請Maxim集成應用筆記建議我們稍微增加電阻值，并驗證檢測的電流幾乎沒有變化。 在本例中，電阻值從10 Ω更改為20 Ω。

通過測量放大器輸入電壓找到驅動電平

在這種情況下，放大器輸入端的RMS電壓（V 在，RMS ） 通過低電容示波器探頭（小于 1 pF）測量。

***圖8. ****使用示波器探頭測量 *放大器輸入端的均方根電壓

有V 在，RMS ，我們可以計算流過C的電流L2 如：

為了更準確地說，我們還可以包括寄生效應和替代CL2 與 C總 給出如下：

其中 C流浪和 C探針分別是雜散電容和探頭電容。流入放大器輸入端的電流遠小于流過該總電容的電流。因此，我們可以假設流過晶體的總電流等于流過C的電流 總 .這為我們提供了以下驅動級別：

假設放大器輸入端的電壓波形是正弦的，我們可以使用

并將驅動器級別計算為：

通過測量晶體電壓找到驅動電平

為了徹底起見，我想提一下有時用于計算驅動電平的另一個方程。 該方法基于測量晶體兩端的電壓。

我們知道，在共振時，晶體模型中運動分支阻抗的大小（L 的串聯組合 m ， Cm和 R m ） 等于 C 并聯組合的阻抗大小L 和 C 0 .因此，我們可以通過以下方式近似流經運動臂的RMS電流：

其中 V水晶，有效值 表示在晶體兩端測得的均方根電壓。 驅動器級別可通過以下方式找到：

假設晶體電壓是峰值為V 的正弦波形 p ，我們可以代入 V~水晶，有效值 ~跟 在p√2在p2 并獲得以下等式：

這 CC26xx 和 CC13xx 系列無線 MCUTI 提供返回晶體振蕩電壓幅度（以 mV 為單位）的功能。 有了振蕩幅度，我們可以很容易地應用上述公式，并在操作過程中找到晶體驅動電平。 如果超過額定驅動水平，我們需要重新檢查我們的設計，以避免任何晶體可靠性問題。