为什么会有晶振振荡频率差异的问题呢?该如何解决?
来源：http://www.hneyq.com 作者：亿金电子 2019年11月20
晶振在智能手机,数码电子,汽车系统等领域有着重要地位,一直以来作为电路板”心脏”之称的关键元件,晶振从插件发展至今各种类别的贴片晶振封装,使用量仍在不断上升.为了更好的使用晶振晶体,了解晶振特性以及可能出现的问题,亿金电子为大家提供各种技术资料,以及产品解决方案.比如为什么会有晶振振荡频率偏差的问题呢？该如何解决？
如果晶振实际振荡频率偏离标称频率,将考虑以下原因.
晶振的实际驱动水平超过了指定的最大值.实际负载电容与规格中的规定值不同振荡不正常
1.晶振的实际驱动水平超过了指定的最大值.
晶振的实际驱动级别在驱动级别规格之内很重要.过多的驱动水平可能会导致更高的石英晶体振荡频率或更大的R1.如果要降低驱动器级别,可以采取以下措施.
措施1：大改变阻尼电阻
通过大幅度改变阻尼电阻,反相放大器的输出幅度将衰减,实际驱动电平将变低.通过这种变化,振荡余量将下降.因此最好检查振荡余量是否超过5倍.另外,需要注意振荡幅度不要过小.
措施2：减小外部负载电容
通过减小外部负载电容,由于振荡电路的高阻抗,实际贴片石英晶振驱动电平变低.在这种情况下,实际的振荡频率由于负载电容小而变高.因此,最好检查实际振荡频率是否在所需的频率范围内.
2.实际晶振晶体负载电容与规格中的规定值不同
晶体单元的振荡频率按其规格中指定的负载电容排序.因此,如果实际负载电容与规范中指定的负载电容不同,则实际振荡频率可能与晶体单元的标称频率不同.您可以通过以下措施调整此频率差.
措施1： 调整外部负载电容
为了使外部负载电容变大,实际SMD晶振的振荡频率变低.请注意,如果外部负载电容较大,则振荡容限将较低.外部负载电容较大时,振荡幅度可能会很小.
措施2： 更换指定不同负载电容的晶振单元
为了使用规定的大负载电容的晶体单元,实际的振荡频率会变高.例）您需要30MHz的频率,并应用一个标称频率为30MHz的晶振,负载电容为6pF.但是您可以确定,从30MHz开始实际振荡频率低30ppm.实际电路板上的负载电容似乎大于6pF.因此,您将指定为30MHz的晶振单元更改为8pF作为负载电容.通过此更改,实际的振荡频率从30MHz开始低5ppm,您可以调整频率差.
3.振荡不正常
振荡电路可能不在晶振的标称频率附近工作.这称为“不规则振荡”,如果C-MOS反相器不是非缓冲类型,则可能会发生.通过调节阻尼电阻和晶振晶体外部负载电容,可以减少不规则振荡的机会.为了从根本上解决这个问题,有必要使用具有无缓冲型C-MOS反相器的IC.如果发现不规则振荡,请联系IC制造商以确认C-MOS逆变器是否为非缓冲型.如果您考虑的IC不是非缓冲类型,请考虑将IC替换为具有非缓冲类型C-MOS反相器的IC.
*非缓冲类型:在以C-MOS逆变器为约束的振荡电路中,具有单个C-MOS的逆变器被称为“无缓冲型”更好.使用多C-MOS或施密特触发器类型的逆变器不适用于振荡电路,因为它们无需晶体即可启动不希望的振荡.
如果晶振实际振荡频率偏离标称频率,将考虑以下原因.
晶振的实际驱动水平超过了指定的最大值.实际负载电容与规格中的规定值不同振荡不正常
1.晶振的实际驱动水平超过了指定的最大值.
晶振的实际驱动级别在驱动级别规格之内很重要.过多的驱动水平可能会导致更高的石英晶体振荡频率或更大的R1.如果要降低驱动器级别,可以采取以下措施.
措施1：大改变阻尼电阻
通过大幅度改变阻尼电阻,反相放大器的输出幅度将衰减,实际驱动电平将变低.通过这种变化,振荡余量将下降.因此最好检查振荡余量是否超过5倍.另外,需要注意振荡幅度不要过小.
措施2：减小外部负载电容
通过减小外部负载电容,由于振荡电路的高阻抗,实际贴片石英晶振驱动电平变低.在这种情况下,实际的振荡频率由于负载电容小而变高.因此,最好检查实际振荡频率是否在所需的频率范围内.
2.实际晶振晶体负载电容与规格中的规定值不同
晶体单元的振荡频率按其规格中指定的负载电容排序.因此,如果实际负载电容与规范中指定的负载电容不同,则实际振荡频率可能与晶体单元的标称频率不同.您可以通过以下措施调整此频率差.
措施1： 调整外部负载电容
为了使外部负载电容变大,实际SMD晶振的振荡频率变低.请注意,如果外部负载电容较大,则振荡容限将较低.外部负载电容较大时,振荡幅度可能会很小.
措施2： 更换指定不同负载电容的晶振单元
为了使用规定的大负载电容的晶体单元,实际的振荡频率会变高.例）您需要30MHz的频率,并应用一个标称频率为30MHz的晶振,负载电容为6pF.但是您可以确定,从30MHz开始实际振荡频率低30ppm.实际电路板上的负载电容似乎大于6pF.因此,您将指定为30MHz的晶振单元更改为8pF作为负载电容.通过此更改,实际的振荡频率从30MHz开始低5ppm,您可以调整频率差.
3.振荡不正常
振荡电路可能不在晶振的标称频率附近工作.这称为“不规则振荡”,如果C-MOS反相器不是非缓冲类型,则可能会发生.通过调节阻尼电阻和晶振晶体外部负载电容,可以减少不规则振荡的机会.为了从根本上解决这个问题,有必要使用具有无缓冲型C-MOS反相器的IC.如果发现不规则振荡,请联系IC制造商以确认C-MOS逆变器是否为非缓冲型.如果您考虑的IC不是非缓冲类型,请考虑将IC替换为具有非缓冲类型C-MOS反相器的IC.
*非缓冲类型:在以C-MOS逆变器为约束的振荡电路中,具有单个C-MOS的逆变器被称为“无缓冲型”更好.使用多C-MOS或施密特触发器类型的逆变器不适用于振荡电路,因为它们无需晶体即可启动不希望的振荡.
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