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  【文章】【讲座】晶体谐振器的电路评估 第五讲: 振荡特性与常数之间的关系

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  工程师在进行晶体谐振器的电路评估时，常常碰到一些困难。比如，当振荡电路不适合时，有一定的概率会发生「不开机」、「不通信」、「误动作」等问题。

  这些问题的原因可能是由使用晶体振荡器的振荡电路上的“振荡停止”和“频率大幅偏移”引起的。为避免这类问题发生，同时保证稳定的振荡，有必要选择最佳的电路设计。

  我们在这里为您介绍拥有丰富电路评估经验的村田製作所所提供的关于电路评估的方法。

  本系列【讲座】包括五个村田制作所的电路测试视频，穿插相关的基础技术知识内容，分享产品信息、应用方案、和基础设计工具SimSurfing的实操应用。

  关于振荡特性与常数之间的关系以及电路测试的基本流程，振荡特性与常数之间的关系如何？介绍更改电路常数后各种特性的变化以及基本电路测试步骤。

  如果实际振荡频率超出了模块所需的频率范围，就会发生IC交易时序错误或数据传输/接收错误。

  如果晶体谐振器实际驱动功率大于规定的最大驱动电平，振荡频率的温度特性就可能不正常。这可能是IC故障所致。

  调查最终的原因，以便检查是不是因为上述原因造成了模块故障，并采取对应的措施。

  需要对一些IC进行编程或重置，以启用振荡电路。请检查是不是完成所需的设置。

  请确保振荡电路C-MOS逆变器发挥了反相放大器的功能。反馈电阻 (Rf) 作为偏置电阻是很重要的，可以使C-MOS逆变器发挥反相放大器的功能。请检查Rf是否集成到了IC或添加到了振荡电路中。如果作为反相放大器，C-MOS逆变器输入/输出端DC电压电平应为C-MOS逆变器电压的1/2。

  请检查“R1”和“fL”是不是满足规格。需要网络分析仪或阻抗分析仪来进行检查。

  如果晶体谐振器的特性正常，则可能是振荡裕量不足造成了振荡停止。[“什么是振荡裕量?” “如何检查振荡裕量?”（点击阅读）]

  在减小外部电容之后，请检查实际振荡频率是否在需要的频率范围内。减小外部电容会增加振荡频率。

  阻尼电阻会减小振荡幅度。由于负阻增加，振荡裕量也会增加，从而减小阻尼电阻。

  在减小阻尼电阻之后，请检查驱动功率位于晶体谐振器的范围内，因为减小阻尼电阻会增加驱动功率。

  重要的是晶体谐振器实际驱动功率应处于驱动功率规格内。驱动功率过大，有几率会使振荡频率的增加或R1的增加。本[讲座]后续将详细的介绍如何调整驱动功率。

  通过这样的调整，振荡幅度也将减小。因此，最好是检查一下振荡裕量是否超过了5倍。此外，必须要格外注意振荡幅度不能变得太小。

  减小外部负载电容，振荡电路阻抗将会增加，因此实际驱动功率将会减小。这样一来，由于负载电容减小，实际振荡频率将会增加。因此，最好是检查一下实际振荡频率是否位于想要的频率范围内。

  晶体谐振器的振荡频率通常按其规格中规定的负载电容排序。因此，如果实际负载电容不同于规格中规定的负载电容，实际振荡频率就可能会不同于晶体谐振器的标称频率。

  增加外部负载电容以减小实际的振荡频率。请注意，如果增加外部负载电容，振荡裕量可能会减小。增加外部负载电容，能减小振荡幅度。

  使用大负载电容的晶体谐振器以增加实际振荡频率。例如，需要30MHz频率并使用标称频率为30MHz，负载电容为6pF的晶体谐振器。

  但是，确定实际振荡为30MHz，±30ppm。实际电路板上的负载电容应大于6pF。因此，应将30MHz，8pF晶体谐振器作为负载电容。这样一来，实际振荡频率将变为30MHz，±5ppm，于是就调整了频差。

  振荡电路的工作频率可能不在晶体谐振器标称频率范围内。这也称为“不规则振荡”，如果C-MOS逆变器不是非缓冲型的，就可能会发生这种现象。

  如果出现了不规则振荡，请联系IC制造商，以确定C-MOS逆变器是否是非缓冲型逆变器。

  如果IC不是非缓冲型，请考虑将IC更改为安装有非缓冲型C-MOS逆变器的IC。

  注：非缓冲型：在装有C-MOS逆变器的振荡电路中，装有单个C-MOS的逆变器 (也称为“非缓冲型”逆变器) 更好。安装有多个C-MOS或施密特触发器的逆变器不适合振荡电路，因为假如没有晶体谐振器，它们可能会造成非正常振荡。

  用信号发生器来代替晶体谐振器，以便通过改变信号幅度来检查IC和模块的功能。

  在减小阻尼电阻之后，请确认晶体谐振器实际驱动功率位于范围内，因为减小阻尼电阻会增加驱动功率。

  如果驱动功率超过了晶体谐振器规格中规定的数值，那就能确定振荡频率的异常温    度特性。这就是所谓的“跳变”或“激发性跳变”。由于驱动功率过高可能会造成这种现象。

  如果驱动功率超过了晶体谐振器规格中规定的数值，那么能确定振荡频率的异常温度特性。

  如果是激发性跳变，振荡频率的温度特性可能会被扭曲。为了尽最大可能避免发生激发性跳变，需要降低驱动功率。

  通过这样的调整，振荡幅度也会减小。因此，最好是检查一下振荡裕量是否超过了5倍。此外，必须要格外注意振荡幅度不能变得太小。

  这样一来，由于负载电容减小，实际振荡频率会增加。因此，最好是检查一下实际振荡频率是否位于想要的频率范围内。

  请检查频率-温度特性规格中是否含有负载晶体谐振器频率的温度特性。需要网络分析仪或阻抗分析仪来进行检查。

  如果气温变化造成了外部负载电容或寄生电容的变化，那么振荡频率会发生偏移。请检查它们的温度特性。

  株式会社村田制作所是一家进行基于陶瓷的无源电子元件与解决方案、通信模块和电源模块之设计、制造与销售的全球领先企业。村田致力于开发先进的电子材料以及领先的多功能和高密度模块。公司的员工和制造基地遍布世界各地。