Oscillator系列二:于諧振電路方面的深入探討
來源：http://eitherspanlaw.com 作者：億金電子 2020年10月10
Oscillator系列二:于諧振電路方面的深入探討
對于任何晶振產(chǎn)品來說,諧振電路(振蕩電路)就像是其心臟一樣,只要振蕩電路一旦出現(xiàn)問題,那么晶振元器件出現(xiàn)問題是必然的,無論是有源晶振還是無源晶振都是一樣的道理;昨天討論了有源晶振輸出邏輯,那么今天就對其振蕩電路方面的問題深入探討一下吧.
首先在設(shè)計(jì)振蕩電路時有必要認(rèn)識到各個組件的作用.因此,表1以通用C-MOSIC(由Toshiba制造的74HCU04AP)為例,說明了每個振蕩電路(圖1)的作用.
限制電阻(Rd)的合適值取決于振蕩器的類型和頻帶以及外部電容器(C1,C2)的值.精確值是在測量振蕩電路的特性(負(fù)電阻,激勵電平等)之后確定的.作為參考,在AT截止振蕩器(MHz頻帶)的情況下,它的范圍在100Ω至幾kΩ;在音叉型振蕩器(kHz頻帶)的情況下,它的范圍在100kΩ至幾百kΩ.外部電容器的最佳值根據(jù)振蕩器的類型和頻帶,極限電阻的值和振蕩階數(shù)而變化,指導(dǎo)原則約為3pF至33pF.
當(dāng)然,設(shè)計(jì)好之后免不了要對振蕩電路進(jìn)行測試,必須通過正確的測量方法盡可能多地測量安裝在電路上的振子的振蕩頻率的真值.通常,使用探頭和頻率計(jì)數(shù)器來測量振蕩頻率,但重點(diǎn)是如何減少測量工具的影響.那么應(yīng)該檢查什么項(xiàng)目呢,方法又是什么呢?
1)負(fù)電阻測量
這是一種檢查振蕩電路有多少振蕩余量,并根據(jù)獲得的值預(yù)測振蕩穩(wěn)定性的測量.如圖2所示,如果電阻(R)與振蕩器串聯(lián)連接并且該值增加,則石英晶體振蕩器將不會在某個電阻值以上振蕩.該振蕩即將停止之前的電阻值為負(fù)電阻的值.
2.)激勵等級的測量
在使用的振蕩電路中,測量操作期間振蕩器消耗的功率.如圖3所示,使用電流探頭測量流入換能器的電流(i).(我們使用P6022/Tektronix)可以使用其他方法進(jìn)行測量,但是由于電流從探頭流向GND,因此無法通過接觸探頭的方法獲得真實(shí)值.但是有一點(diǎn)需要特別注意,那就是振子正常工作的最大值根據(jù)振子的形狀和振蕩模式而有所不同,因此請與我們聯(lián)系以獲取詳細(xì)信息.
3)最后一步就是確認(rèn)是否存在異常了
在要使用的振蕩電路中,檢查振蕩器是否可能以正常振蕩模式以外的其他模式振蕩.
檢查高振蕩模式(容易從基波振蕩到第三諧波)的一種簡單方法是在振蕩器的振蕩模式為基波時讀取振蕩器,如圖4所示.即使在用水稍微蘸濕手指后再關(guān)閉電源然后再打開電源的情況下,示波器的波形也將為3.如果不進(jìn)行泛音振蕩,則可以判斷為沒有異常振蕩的可能性.
相反,即使松開手指,示波器的波形也是3rd.如果發(fā)生泛音振蕩,則可以確定存在異常振蕩的可能性.通過用水浸濕手指進(jìn)行檢查的原因是在換能器端子之間形成一個小的電阻,并在圖4的電路圖中減小Rf以便于在高頻范圍內(nèi)振蕩.
并且還有很多你意想不到的意外會發(fā)生,而振蕩電路的檢查就是為了避免這些意外對石英晶振性能造成影響;比如在振蕩電路設(shè)計(jì)的時候就會出現(xiàn)這樣那樣的問題,那么在出現(xiàn)這些問題的時候我們應(yīng)該怎么樣去解決它呢?我們下期再來探討.
對于任何晶振產(chǎn)品來說,諧振電路(振蕩電路)就像是其心臟一樣,只要振蕩電路一旦出現(xiàn)問題,那么晶振元器件出現(xiàn)問題是必然的,無論是有源晶振還是無源晶振都是一樣的道理;昨天討論了有源晶振輸出邏輯,那么今天就對其振蕩電路方面的問題深入探討一下吧.
首先在設(shè)計(jì)振蕩電路時有必要認(rèn)識到各個組件的作用.因此,表1以通用C-MOSIC(由Toshiba制造的74HCU04AP)為例,說明了每個振蕩電路(圖1)的作用.
| 零件號 | 各部分名稱 | 角色劃分 |
| 射頻 | 返回 |
振蕩階段電流和信號從逆變器輸出側(cè)反饋,以繼續(xù)振蕩. 該值根據(jù)振蕩順序而變化. |
| 路 | 極限電阻 | 它控制流入換能器的電流,調(diào)節(jié)負(fù)電阻和激勵電平,防止換能器異常振蕩,并抑制頻率波動. |
| C1,C2 | 外接電容 | 調(diào)整負(fù)電阻,激勵水平和振蕩頻率.另外,將其設(shè)置為任意負(fù)載容量. |
當(dāng)然,設(shè)計(jì)好之后免不了要對振蕩電路進(jìn)行測試,必須通過正確的測量方法盡可能多地測量安裝在電路上的振子的振蕩頻率的真值.通常,使用探頭和頻率計(jì)數(shù)器來測量振蕩頻率,但重點(diǎn)是如何減少測量工具的影響.那么應(yīng)該檢查什么項(xiàng)目呢,方法又是什么呢?
1)負(fù)電阻測量
這是一種檢查振蕩電路有多少振蕩余量,并根據(jù)獲得的值預(yù)測振蕩穩(wěn)定性的測量.如圖2所示,如果電阻(R)與振蕩器串聯(lián)連接并且該值增加,則石英晶體振蕩器將不會在某個電阻值以上振蕩.該振蕩即將停止之前的電阻值為負(fù)電阻的值.
在使用的振蕩電路中,測量操作期間振蕩器消耗的功率.如圖3所示,使用電流探頭測量流入換能器的電流(i).(我們使用P6022/Tektronix)可以使用其他方法進(jìn)行測量,但是由于電流從探頭流向GND,因此無法通過接觸探頭的方法獲得真實(shí)值.但是有一點(diǎn)需要特別注意,那就是振子正常工作的最大值根據(jù)振子的形狀和振蕩模式而有所不同,因此請與我們聯(lián)系以獲取詳細(xì)信息.
在要使用的振蕩電路中,檢查振蕩器是否可能以正常振蕩模式以外的其他模式振蕩.
檢查高振蕩模式(容易從基波振蕩到第三諧波)的一種簡單方法是在振蕩器的振蕩模式為基波時讀取振蕩器,如圖4所示.即使在用水稍微蘸濕手指后再關(guān)閉電源然后再打開電源的情況下,示波器的波形也將為3.如果不進(jìn)行泛音振蕩,則可以判斷為沒有異常振蕩的可能性.
相反,即使松開手指,示波器的波形也是3rd.如果發(fā)生泛音振蕩,則可以確定存在異常振蕩的可能性.通過用水浸濕手指進(jìn)行檢查的原因是在換能器端子之間形成一個小的電阻,并在圖4的電路圖中減小Rf以便于在高頻范圍內(nèi)振蕩.
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