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晶体回路问题分类及处理方法

前言

我们设计晶体回路时,总能遇见各种各样的问题,比如晶体回路频率不准,温度变化精度不准。本来在实验室测得很好的状态,可是大批量生产时有不起振的,或是工作一段时间有不工作的现象。总而言之关于晶体震荡回路总是有这样或那样的问题。今天帮大家整理一下思路,总结一下到底有哪些问题,该怎么解决。

震荡回路介绍

处理晶振回路之前

我们先简单要了解一下晶体基本知识

晶体分为晶体单元和晶体振荡器

晶体单元,也就是我们通常会发生问题器件,它是无源晶体,需要外接两个负载电容。我们主要说明的就是这类震荡回路。

晶体振荡器属于有源器件,只要供电就会工作中,所以出现问题的可能性很小。今天不做分析。

 

那晶体单元有几个重要的参数

我们需要了解一下和它的标准震荡回路

微信图片_20200521104743.jpg

图1晶体单元标准回路

Rf:反馈电阻,一般在IC内部。设计前要查明是否需要外接,一般时10M,20M。

反相器等:IC内部

Cg和Cd:外接电容,通过调整大小可以改变频率,功耗,起振能力等指标。

Rd:  限流电阻,很多设计是不用的。它是避免震荡回路电流过大,起到限流的作用。

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1

晶体元件频率 Nominal Frequency

晶体元件频率(Nominal Frequency),也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。晶振常用标称频率在1~200MHz之间,比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等,更高的输出频率也常用PLL(锁相环)将低频进行倍频至1GHz以上。我们称之为标称频率。

2

 频率误差 Frequency Tolerance

频率误差(Frequency Tolerance)或频率稳定度(Frequency Stability),用单位ppm来表示,即百万分之一(parts per million)(10-6),是相对标称频率的变化量,此值越小表示精度越高。比如,12MHz晶振偏差为±20ppm,表示它的频率偏差为12×20Hz=±240Hz,即频率范围是(11999760~12000240Hz)

3

 等效电阻 Equivalent Series Resistance

等效电阻,ESR,或是R1或是CI。都是指等效电阻的意思。

4

 负载电容CL  Load capacitance 

晶体负载电容CL,就是晶体规格书标出的值,是指整个外围电容有效电容的总和。根据表格看,就是说当CL=6pf时(外挂俩个电容,寄生电容),输出的频率32.768KHz在± 10ppm范围内。

问题分析

失效现象主要分类

1. 时钟不准确超出厂商规格。通讯错误。IC通讯异常等

2. 大批量生产时有晶体不震动现象。

3. 发货前没有问题,经过一段时间晶体回路不工作。

无论哪种失效类型,我们都要考虑晶体本身可能坏掉,尽管晶体出厂就是坏品的可能性非常低。这个最好分析的,直接交给原厂直接做质量分析即可。我们这里不做介绍。

分析问题我们都要有个思路,我们用“分析试问题解决”思路来处理,即:

现象-问题(问题带来的影响)-原因-对策-风险

主要问题

根据现象首先要精炼出对应问题

问题一般有如下几种

1  精度出现偏差。

2  晶体回路起振能力不好。

3  晶体回路功耗过大。

4  晶体本身损坏。

5  其他问题。

对策

然后原因分析,对策,风险预估

我们用一个表格来归类说明

微信图片_20200521104750.jpg微信图片_20200521104754.jpg微信图片_20200521104757.jpg

例如:CE测试

CE测试(Crystal Evaluation),主要评估无源晶体回路特性,帮助客户可靠的使用晶体器件,评估客户当前电路板晶体回路特性。

常规测试是通过调节负载、电容等,来评估当前晶体回路的频偏、起振能力(-R)、驱动功率。

下面有6张详情图片,我们一起来看看吧!

1、石英晶体振荡电路设计概要

微信图片_20200521104759.jpg

2、杂散电容计算方式

微信图片_20200521104802.jpg

3、负载电容的调整

微信图片_20200521104804.jpg

4、驱动标准

微信图片_20200521104807.png

5、负电阻

微信图片_20200521104809.png

6、晶体产品方案设计温度曲线图

微信图片_20200521104812.jpg

总结

当晶体回路出现问题时,首先要根据现象,找出问题所在,是频率还是起振或其他问题等。然后做几个交叉试验,排除是否是晶体损坏带来的影响。如果不是,把电路板交给原厂做个回路分析。最后根据分析的结果在做下一步处理,换电容,换晶体,或是调整IC。

如果您需要提供支持,包括:申请少许免费样品、选型、参数确认、技术支持、鉴定、参考方案设计、辅导与释疑、不良问题分析、匹配实验等,请联系“唐辉电子”!我们真诚为您服务!

“唐辉电子”是EPSON一级代理商

如果您想检测晶振的真假

唐辉电子将免费帮您

送到EPSON实验室进行检测

这是目前最有优势的一项服务

不仅能帮您确认产品的真假

还能够支持“晶体回路评估服务”

帮助客户工程师更好的完成设计工作

这项服务称为CE测试

Circuit Evaluation

在晶体回路中,您是否遇见过这样的麻烦?

1,根据IC推荐设计晶体回路,但是频率出现较大偏差,或是整个晶体回路不能工作。

2,在批量生产时,发现晶体回路出了问题,不是频率不对,就是有不起振的现象。您询问供应商,他们说:晶体本身没有问题啊。

其实以上很多都是晶体回路设计之初没有匹配好所导致的。

这是个很费时的设计

但是现在您不用担心

爱普生一直都有这样的服务

帮助客户做无源晶体的回路匹配

帮您调整频率、驱动功率和起振能力

爱普生要在设计阶段就解决这些问题

我们能够在您的PCB板上面评估您的晶体回路

并且推荐适合的值

(比如,Cg,Cd,Rf,Rd)

您只需提供如下信息

可以连续工作的电路板

晶体部分的原理图和PCB图

供电方式

当前使用的晶体信息

微信图片_20200521104814.jpg微信图片_20200521104817.jpg

工作人员正在进行CE测试

微信图片_20200521104819.jpg

标准晶体回路原理图

RD-限流电阻丨Rf-反相电阻丨X-石英晶体

CG-频率调整电容,gate端丨CD-频率调整电容,drain端

微信图片_20200521104821.jpg

爱普生上海实验室

我们标准测试的内容

Frequency deviation

DL: Drive level

   |-R|: Negative resistance

Proposal format (example)

微信图片_20200521104824.jpg

EPSON CE测试的优越性

*爱普生将推荐最适合的电路匹配和最适合的晶体,帮您解决晶体回路精度不够、不起振等问题。

*我们的CE测试是更合理,更高效的,因为我们推荐的不仅仅是频率的调整,也有驱动功率和电路起振的能力。

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