愛(ài)普生晶振評估振蕩電路方法(轉載)

　　為了獲得穩定的振蕩，通常情況下石英晶體單元與振蕩電路的匹配十分重要愛(ài)普生l805。若電路結構與晶體單元的匹配中存在問(wèn)題，就會(huì )產(chǎn)生頻率不夠穩定、停止起振或振蕩不穩定等問(wèn)題。石英晶體單元與微機一起使用時(shí)，需要評估振蕩電路。確認石英晶體單元與振蕩電路的匹配之際，至少要對振蕩頻率（頻率匹配）、振蕩裕度（負阻抗）和激勵功率的三項進(jìn)行評估。現揚興為EPSON大中華區的一級代理商（中國區代理商編號16001），有源晶振銷(xiāo)量在代理中位列第一，并與EPSON原廠(chǎng)戰略合作成立愛(ài)普生晶振中國區樣品中心，推出愛(ài)普生晶體回路評估服務(wù)。本次將說(shuō)明確認石英晶體單元和振蕩電路匹配性的評估工作。（關(guān)于回路評估服務(wù)的詳情可以查看YXC揚興官網(wǎng)《愛(ài)普生晶體回路評估服務(wù)》）

　　- 評估振蕩頻率（頻率匹配）之前的準備 -

　　一般，石英晶體生產(chǎn)商基于電路設計方所提出的石英晶體單元振蕩頻率（FL）、負載電容（CL值）和振蕩頻率可容誤差（Δf）的三項數據，根據負載電容（CL值）使晶體單元起振，并調整振蕩頻率和可容誤差?lèi)?ài)普生l805。

　　需要注意的是，事先指定的負載電容（CL值）中沒(méi)有考慮實(shí)際的基板中因各種因素而產(chǎn)生的電容（雜散電容）愛(ài)普生l805。雜散電容是造成振蕩頻率精度下降的因素之一，所以應當考慮到其影響，或者讓石英晶體生產(chǎn)商更改石英晶體單元的振蕩頻率，或者由電路設計方重新調整雜散電容。這是振蕩頻率匹配工作的大致框架。

　　1.標準負載電容值

　　負載電容是在振蕩電路中從石英晶體單元的兩端來(lái)看振蕩電路時(shí)的電容愛(ài)普生l805。

　　原則是電路設計方所指定的數值愛(ài)普生l805。

　　2.標準負載電容的石英晶體單元振蕩頻率（FL）

　　振蕩頻率（FL）指以標準負載電容的振蕩電路驅動(dòng)石英晶體單元時(shí)的振蕩頻率愛(ài)普生l805。

　　使用室溫條件下的數據，不考慮雜散電容等因素愛(ài)普生l805。

　　頻率匹配

　　3.石英晶體單元的等效電路常數

　　指不考慮等效串聯(lián)阻抗（R1）、等效串聯(lián)電容（C1）、等效串聯(lián)電感（L1）、等效并聯(lián)電容（C0）和負載電容的石英晶體單元自身的振蕩頻率（Fr）等常數愛(ài)普生l805。

　　測試石英晶體單元等效電路常數時(shí)通常使用電感測試器或網(wǎng)絡(luò )分析儀愛(ài)普生l805。使用網(wǎng)絡(luò )分析儀測試石英晶體單元后得出等效電路定數的方法最為理想。但是，由于設備不全等原因而不能由電路設計方進(jìn)行石英晶體單元的測試時(shí)，建議電路設計方向所購買(mǎi)的晶體單元生產(chǎn)商提出測試要求。

　　- 振蕩頻率（頻率匹配）的評估 -

　　這里開(kāi)始進(jìn)入實(shí)際評估工作愛(ài)普生l805。

　　首先確認石英晶體單元（評估用晶體單元）和振蕩電路一起安裝在基板的狀態(tài)下的振蕩頻率愛(ài)普生l805。

　　這被稱(chēng)為“確認頻率匹配狀況”愛(ài)普生l805。掌握安裝在基板上時(shí)的振蕩頻率和標準負載電容時(shí)的振蕩頻率之差，就能夠確認基板的實(shí)際電容（電路側電容）與事先指定的標準電容之間所產(chǎn)生的偏差。這里所指的基板電容包括從石英晶體單元看振蕩電路時(shí)的電容（負載電容），也包括起因于基板導電圖案等的雜散電容。

　　其次準備評估石英晶體單元和振蕩電路的匹配所需測試儀器愛(ài)普生l805。評估所需基本測試儀器有直流電源、頻率計、示波器、FET探針和電流探針等。圖1顯示測試儀器基本組成例。

　　圖1：評估頻率匹配所需測試儀器基本組成

　　YXC揚興晶振焊接

　　圖2：把FET探針?lè )旁谑⒕w單元的HOT端子上確認振蕩波形

　　首先把FET 探針?lè )旁谑⒕w單元的HOT端子上（圖2），示波器中顯示波形、頻率計顯示頻率愛(ài)普生l805。例如，不考慮負載電容的石英晶體單元的振蕩頻率（Fr）為12MHz時(shí)，若其標準負載電容時(shí)的振蕩頻率（FL）為12.000034MHz，假設將該石英晶體單元安裝在基板上后使用FET探針實(shí)際測試得出的振蕩頻率（FR）為12.000219MHz，就可以得出兩者（在基板上實(shí)裝石英晶體單元后的振蕩頻率（FR）與標準負載電容時(shí)石英晶體單元的振蕩頻率）之間的差為+185Hz，出現了+15.4ppm 的差異。這個(gè)差越接近零，頻率精度越高。

　　使上述 FR和FL的差接近零的方法有兩種愛(ài)普生l805。

　　第一種方法是從石英元件生產(chǎn)商處購買(mǎi)振蕩頻率（中心頻率）比現在偏移+15.4ppm的石英晶體單元愛(ài)普生l805。

　　另一種方法是對振蕩電路的負載電容進(jìn)行微調整，以此得到相應的振蕩頻率愛(ài)普生l805。

　　在下一項中將介紹對負載電容進(jìn)行微調整的匹配方法愛(ài)普生l805。

　　- 對負載電容進(jìn)行微調整來(lái)匹配頻率的方法 -

　　計算負載電容時(shí)需要前述的數據愛(ài)普生l805。

　　· 石英晶體單元等效電路常數（Fr、R1、C1、L1、C0）

　　· 實(shí)裝在基板后的振蕩頻率（FR）

　　根據這些數據使用以下算式計算負載電容（CL）愛(ài)普生l805。

　　… 算式（1）

　　具體計算舉例如下：

　　假設石英晶體單元的額定頻率為12MHz，振蕩電路的負載電容（CL）為7.8pF愛(ài)普生l805。

　　這里的額定頻率指使用規定負載電容的振蕩電路的條件下的振蕩頻率（FL）愛(ài)普生l805。

　　假定用網(wǎng)絡(luò )分析儀對該石英晶體單元進(jìn)行測試后得到了下列各常數：

　　FR=12.000219 MHz

　　Fr＝11.998398 MHz

　　R1＝33.7 ohm

　　L1＝70.519 mH

　　C1=2.495 fF

　　C0=1.11 pF

　　這里重申Fr是石英晶體單元自身的振蕩頻率愛(ài)普生l805。把這些常數代入算式（1）就可以求出CL=7.11pF。

　　從求出的值可以得出與先前所指定的振蕩電路負載電容（CL）等于7.8pF之間的差為0.69pF愛(ài)普生l805。只要把差調整到零，事先所指定的振蕩電路負載電容就與在印制基板上實(shí)裝石英晶體單元時(shí)的電容相等。因此，理論上頻率公差也變?yōu)榱?，便可得到事先所指定的振蕩頻率。

　　實(shí)際調整振蕩電路的負載電容時(shí)，將變更圖3的Cg 和Cd，以符合事先指定的標準電容愛(ài)普生l805。這時(shí)，Cg 和Cd的大致數值可以使用下列算式（2）計算得出。

　　圖3

　　… 算式（2）

　　這里的Ci表示振蕩電路的實(shí)際負載電容（CL），Cs則表示印制基板的導線(xiàn)圖案和部品的寄生電容等愛(ài)普生l805。Ci只要等于事先指定的標準電容CL（晶體單元單體電容CL）即可，所以可以使用下列算式（3）和算式（4）算出。

　　… 算式（3）

　　… 算式（4）

　　Cg和Cd是從規定的晶體單元單體負載電容減去Cs后的數值愛(ài)普生l805。計算得出的只是大致數值。實(shí)際調整Cg和Cd時(shí)建議邊確認振蕩頻率邊進(jìn)行頻率匹配。

　　如果振蕩電路的Cg和Cd難以變更，可以通過(guò)調整晶體單元的負載電容進(jìn)行頻率匹配愛(ài)普生l805。這種情況下可以讓石英晶體單元生產(chǎn)商把晶體單元電容調整為電路電容后購買(mǎi)，再對其進(jìn)行匹配評估確認結果。但需要注意的是，電路的負載電容與振蕩頻率變化量成反比。因此，當振蕩電路的負載電容較小時(shí)，容易受到振蕩電路微小的特性變化的影響，導致頻率穩定度惡化。所以，關(guān)鍵在于根據機器用途而設定適宜條件。