為什么會有晶振振蕩頻率差異的問題呢?該如何解決?
來源：http://eitherspanlaw.com 作者：億金電子 2019年11月20
晶振在智能手機,數(shù)碼電子,汽車系統(tǒng)等領(lǐng)域有著重要地位,一直以來作為電路板”心臟”之稱的關(guān)鍵元件,晶振從插件發(fā)展至今各種類別的貼片晶振封裝,使用量仍在不斷上升.為了更好的使用晶振晶體,了解晶振特性以及可能出現(xiàn)的問題,億金電子為大家提供各種技術(shù)資料,以及產(chǎn)品解決方案.比如為什么會有晶振振蕩頻率偏差的問題呢？該如何解決？
如果晶振實際振蕩頻率偏離標稱頻率,將考慮以下原因.
晶振的實際驅(qū)動水平超過了指定的最大值.實際負載電容與規(guī)格中的規(guī)定值不同振蕩不正常
1.晶振的實際驅(qū)動水平超過了指定的最大值.
晶振的實際驅(qū)動級別在驅(qū)動級別規(guī)格之內(nèi)很重要.過多的驅(qū)動水平可能會導(dǎo)致更高的石英晶體振蕩頻率或更大的R1.如果要降低驅(qū)動器級別,可以采取以下措施.
措施1：大改變阻尼電阻
通過大幅度改變阻尼電阻,反相放大器的輸出幅度將衰減,實際驅(qū)動電平將變低.通過這種變化,振蕩余量將下降.因此最好檢查振蕩余量是否超過5倍.另外,需要注意振蕩幅度不要過小.
措施2：減小外部負載電容
通過減小外部負載電容,由于振蕩電路的高阻抗,實際貼片石英晶振驅(qū)動電平變低.在這種情況下,實際的振蕩頻率由于負載電容小而變高.因此,最好檢查實際振蕩頻率是否在所需的頻率范圍內(nèi).
2.實際晶振晶體負載電容與規(guī)格中的規(guī)定值不同
晶體單元的振蕩頻率按其規(guī)格中指定的負載電容排序.因此,如果實際負載電容與規(guī)范中指定的負載電容不同,則實際振蕩頻率可能與晶體單元的標稱頻率不同.您可以通過以下措施調(diào)整此頻率差.
措施1： 調(diào)整外部負載電容
為了使外部負載電容變大,實際SMD晶振的振蕩頻率變低.請注意,如果外部負載電容較大,則振蕩容限將較低.外部負載電容較大時,振蕩幅度可能會很小.
措施2： 更換指定不同負載電容的晶振單元
為了使用規(guī)定的大負載電容的晶體單元,實際的振蕩頻率會變高.例）您需要30MHz的頻率,并應(yīng)用一個標稱頻率為30MHz的晶振,負載電容為6pF.但是您可以確定,從30MHz開始實際振蕩頻率低30ppm.實際電路板上的負載電容似乎大于6pF.因此,您將指定為30MHz的晶振單元更改為8pF作為負載電容.通過此更改,實際的振蕩頻率從30MHz開始低5ppm,您可以調(diào)整頻率差.
3.振蕩不正常
振蕩電路可能不在晶振的標稱頻率附近工作.這稱為“不規(guī)則振蕩”,如果C-MOS反相器不是非緩沖類型,則可能會發(fā)生.通過調(diào)節(jié)阻尼電阻和晶振晶體外部負載電容,可以減少不規(guī)則振蕩的機會.為了從根本上解決這個問題,有必要使用具有無緩沖型C-MOS反相器的IC.如果發(fā)現(xiàn)不規(guī)則振蕩,請聯(lián)系IC制造商以確認C-MOS逆變器是否為非緩沖型.如果您考慮的IC不是非緩沖類型,請考慮將IC替換為具有非緩沖類型C-MOS反相器的IC.
*非緩沖類型:在以C-MOS逆變器為約束的振蕩電路中,具有單個C-MOS的逆變器被稱為“無緩沖型”更好.使用多C-MOS或施密特觸發(fā)器類型的逆變器不適用于振蕩電路,因為它們無需晶體即可啟動不希望的振蕩.
如果晶振實際振蕩頻率偏離標稱頻率,將考慮以下原因.
晶振的實際驅(qū)動水平超過了指定的最大值.實際負載電容與規(guī)格中的規(guī)定值不同振蕩不正常
1.晶振的實際驅(qū)動水平超過了指定的最大值.
晶振的實際驅(qū)動級別在驅(qū)動級別規(guī)格之內(nèi)很重要.過多的驅(qū)動水平可能會導(dǎo)致更高的石英晶體振蕩頻率或更大的R1.如果要降低驅(qū)動器級別,可以采取以下措施.
措施1：大改變阻尼電阻
通過大幅度改變阻尼電阻,反相放大器的輸出幅度將衰減,實際驅(qū)動電平將變低.通過這種變化,振蕩余量將下降.因此最好檢查振蕩余量是否超過5倍.另外,需要注意振蕩幅度不要過小.
措施2：減小外部負載電容
通過減小外部負載電容,由于振蕩電路的高阻抗,實際貼片石英晶振驅(qū)動電平變低.在這種情況下,實際的振蕩頻率由于負載電容小而變高.因此,最好檢查實際振蕩頻率是否在所需的頻率范圍內(nèi).
2.實際晶振晶體負載電容與規(guī)格中的規(guī)定值不同
晶體單元的振蕩頻率按其規(guī)格中指定的負載電容排序.因此,如果實際負載電容與規(guī)范中指定的負載電容不同,則實際振蕩頻率可能與晶體單元的標稱頻率不同.您可以通過以下措施調(diào)整此頻率差.
措施1： 調(diào)整外部負載電容
為了使外部負載電容變大,實際SMD晶振的振蕩頻率變低.請注意,如果外部負載電容較大,則振蕩容限將較低.外部負載電容較大時,振蕩幅度可能會很小.
措施2： 更換指定不同負載電容的晶振單元
為了使用規(guī)定的大負載電容的晶體單元,實際的振蕩頻率會變高.例）您需要30MHz的頻率,并應(yīng)用一個標稱頻率為30MHz的晶振,負載電容為6pF.但是您可以確定,從30MHz開始實際振蕩頻率低30ppm.實際電路板上的負載電容似乎大于6pF.因此,您將指定為30MHz的晶振單元更改為8pF作為負載電容.通過此更改,實際的振蕩頻率從30MHz開始低5ppm,您可以調(diào)整頻率差.
3.振蕩不正常
振蕩電路可能不在晶振的標稱頻率附近工作.這稱為“不規(guī)則振蕩”,如果C-MOS反相器不是非緩沖類型,則可能會發(fā)生.通過調(diào)節(jié)阻尼電阻和晶振晶體外部負載電容,可以減少不規(guī)則振蕩的機會.為了從根本上解決這個問題,有必要使用具有無緩沖型C-MOS反相器的IC.如果發(fā)現(xiàn)不規(guī)則振蕩,請聯(lián)系IC制造商以確認C-MOS逆變器是否為非緩沖型.如果您考慮的IC不是非緩沖類型,請考慮將IC替換為具有非緩沖類型C-MOS反相器的IC.
*非緩沖類型:在以C-MOS逆變器為約束的振蕩電路中,具有單個C-MOS的逆變器被稱為“無緩沖型”更好.使用多C-MOS或施密特觸發(fā)器類型的逆變器不適用于振蕩電路,因為它們無需晶體即可啟動不希望的振蕩.
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