KDS晶振公司提供的振蕩電路檢測方法完整版
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年12月14
KDS晶振公司提供的振蕩電路檢測方法完整版
布置合適的晶體振蕩電路可以使石英晶振發(fā)揮更穩(wěn)定的性能,金洛鑫電子之前給大家提供過振蕩器的檢測過程和方法,本篇文章主要是針對(duì)石英晶體產(chǎn)品,網(wǎng)絡(luò)上雖然也有相關(guān)的文獻(xiàn)資料,但是像這么完整和細(xì)致的并不多,因此很多業(yè)界人士都一知半解.KDS晶振是海內(nèi)外知名的石英產(chǎn)品供應(yīng)商,在石英晶振領(lǐng)域無論是生產(chǎn)還在研發(fā),KDS公司都擁有較大的成就,根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),撰寫了這篇晶體振蕩電路的檢查方法.
1.關(guān)于振蕩電路
由于晶體單元是無源組件,因此會(huì)受到電源電壓,環(huán)境溫度,電路配置,電路常數(shù),電路板布線圖和其他因素的影響.大致有兩種類型:正常運(yùn)行和異常運(yùn)行.因此,在設(shè)計(jì)振蕩電路時(shí),必須使諧振器單元穩(wěn)定且可靠地振蕩.確認(rèn)后,將檢查頻率精度,可變頻率,調(diào)制系數(shù),振蕩開始時(shí)間和振 蕩波形等以下項(xiàng)目.
2.零件和數(shù)值的作用
設(shè)計(jì)振蕩器電路時(shí),有必要認(rèn)識(shí)到各個(gè)組件的作用.因此,表1中以振蕩電路(圖1)為例,以通用C-MOSIC(東芝74HCU04AP)為例說明了每個(gè)電路的作用.
根據(jù)表1,如果未安裝反饋電阻(Rf),則即使向振蕩電路加電,諧振器也不會(huì)開始振蕩.此外,如果未連接適當(dāng)值的電阻,則在正常振動(dòng)模式下不會(huì)振蕩,并且可能會(huì)出現(xiàn)泛音振蕩或基波振蕩.通常,基波振蕩器(MHz頻段)的值為1MΩ,并且取決于泛音振蕩器(MHz頻段)的IC特性和頻率而有所不同,但范圍為幾kΩ至幾十kΩ.的在音叉型諧振器(kHz頻帶)的情況下,必須連接10MΩ以上的電阻.
表1
限制電阻器(Rd)的合適值取決于諧振器的類型和頻帶以及外部電容器(C1,C2)的值而變化.精確值是在測量振蕩電路的特性(負(fù)電阻,激勵(lì)電平等)之后確定的.作為指導(dǎo),對(duì)于AT切割的振動(dòng)器(MHz頻段),范圍是100Ω至幾kΩ;對(duì)于時(shí)鐘晶體(kHz),范圍是100kΩ至幾百kΩ.外部電容器的最佳值根據(jù)諧振器的類型和頻帶,限幅電阻器的值和振蕩階數(shù)而變化,并且近似值約為3pF至33pF.
3.振蕩電路的檢查項(xiàng)目及方法
振蕩頻率的測量:
必須使用正確的電路上安裝的振子的振蕩頻率的測量方法來測量真實(shí)值.通常,使用探頭和頻率計(jì)數(shù)器來測量振蕩頻率,但是如何減少測量工具的影響是重要的一點(diǎn).頻率測量方法共有3種模式,如下圖所示(圖2,圖3,圖4).最準(zhǔn)確的測量方法是使用頻譜分析儀,該頻譜分析儀可以無接觸地測量振蕩電路.在圖2中,振蕩電路的輸出被輸入到下一個(gè)反相器,并且對(duì)緩沖器的輸出進(jìn)行了測量,因此不受探針的影響.
在圖3中,緩沖輸出(1/1、1/2等)是從IC測量的,因此不受探針的影響.圖4顯示了IC沒有緩沖器輸出的情況,并且通過在輸出點(diǎn)(ICXTALOUT端子)和探頭之間通過一個(gè)3pF或更小的小電容進(jìn)行測量,可以將探頭的影響最小化.成為.但是,由于通過這種方法減小了輸出波形,因此即使可以用示波器確認(rèn)石英晶振振蕩波形,根據(jù)頻率計(jì)數(shù)器的靈敏度也可能無法進(jìn)行測量.在這種情況下,請使用放大器進(jìn)行測量.
4.負(fù)電阻的測量
這是為了確認(rèn)晶振振蕩電路具有多少振蕩余量,并且根據(jù)所獲得的值來預(yù)測振蕩穩(wěn)定性的測量.如圖6所示,如果將一個(gè)電阻器(R)與振動(dòng)器串聯(lián),并且該值增大,則振動(dòng)器將不會(huì)在某個(gè)電阻值以上振蕩.即將停止振蕩之前的電阻值為負(fù)電阻值.
[注意事項(xiàng)]
使用示波器從振蕩頻率的測量點(diǎn)確定是否存在振蕩波形.
確保在工作電壓范圍內(nèi)的最小值足夠.
通過改變溫度在室溫下檢查測量結(jié)果.(根據(jù)工作溫度范圍,使用干燥機(jī),淬火劑,恒溫浴等)
相對(duì)于所用石英晶振的CI標(biāo)準(zhǔn),與車載和人類生活相關(guān)的安全設(shè)備等的安全性是其十倍以上.
對(duì)于其他用途,標(biāo)準(zhǔn)是是否大于等于5倍.
*但是,這些參考值如有更改,恕不另行通知.
5.激發(fā)水平的測量
在要使用的振蕩電路中,測量操作期間諧振器消耗的功率.如圖7所示,使用電流探頭測量流入石英晶振的電流(i).(我們使用P6022/Tektronix)盡管可以使用其他方法進(jìn)行測量,但使探針接觸的方法無法獲得真實(shí)值,因?yàn)殡娏鲿?huì)從探針流向GND.
6.確認(rèn)異常振蕩
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.確定換能器的振蕩模式為基本模式時(shí),確認(rèn)高振蕩模式(從基本振蕩到第三階諧波的容易性)的簡單方法如圖9所示.2),示波器的波形為3.如果沒有泛音振蕩,則可以判斷為沒有異常振蕩的可能性.相反,示波器波形為3.如果發(fā)生泛音振蕩,則可以確定存在異常振蕩的可能性.用浸水的手指檢查的原因是在換能器端子之間形成一個(gè)小的電阻,并在圖8的電路圖中減小Rf以便于在高頻范圍內(nèi)振蕩.
7.振蕩電路引起的故障及對(duì)策實(shí)例
設(shè)計(jì)晶體振蕩電路時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)各種故障癥狀.
例如,
實(shí)際機(jī)器上的頻率精度非常嚴(yán)格,但是不在所需的頻率范圍內(nèi).
盡管電路會(huì)調(diào)整頻率,但無法調(diào)整頻率.
該頻率約為正常頻率的1/3或3倍.
當(dāng)啟動(dòng)電源時(shí),振動(dòng)器的振蕩開始時(shí)間很慢.
振動(dòng)器不振蕩,或者開始振蕩需要很長時(shí)間.
因此,為了不引起這種癥狀,有必要至少檢查上述振蕩電路的基本項(xiàng)目.這里,如果不需要改變水晶振動(dòng)子規(guī)格來解決該問題,則可以相對(duì)容易地進(jìn)行電路側(cè)的對(duì)策.(見表2)
但是,即使癥狀得到改善,在許多情況下也可能無法滿足其他振蕩器電路的特性,并且可能會(huì)發(fā)生其他問題.此外,即使嘗試對(duì)策示例也無法解決問題,我們也會(huì)調(diào)查是否有要求,因此請與銷售人員聯(lián)系.
表2
對(duì)以上資料有任何疑問,或者有其他與石英晶振相關(guān)問題需要了解的,可以到金洛鑫電子官網(wǎng)http://www.ytxiaoping.cn/上留言,提出你的問題,我們給你想要的回答!
KDS晶振公司提供的振蕩電路檢測方法完整版
布置合適的晶體振蕩電路可以使石英晶振發(fā)揮更穩(wěn)定的性能,金洛鑫電子之前給大家提供過振蕩器的檢測過程和方法,本篇文章主要是針對(duì)石英晶體產(chǎn)品,網(wǎng)絡(luò)上雖然也有相關(guān)的文獻(xiàn)資料,但是像這么完整和細(xì)致的并不多,因此很多業(yè)界人士都一知半解.KDS晶振是海內(nèi)外知名的石英產(chǎn)品供應(yīng)商,在石英晶振領(lǐng)域無論是生產(chǎn)還在研發(fā),KDS公司都擁有較大的成就,根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),撰寫了這篇晶體振蕩電路的檢查方法.
1.關(guān)于振蕩電路
由于晶體單元是無源組件,因此會(huì)受到電源電壓,環(huán)境溫度,電路配置,電路常數(shù),電路板布線圖和其他因素的影響.大致有兩種類型:正常運(yùn)行和異常運(yùn)行.因此,在設(shè)計(jì)振蕩電路時(shí),必須使諧振器單元穩(wěn)定且可靠地振蕩.確認(rèn)后,將檢查頻率精度,可變頻率,調(diào)制系數(shù),振蕩開始時(shí)間和振 蕩波形等以下項(xiàng)目.
2.零件和數(shù)值的作用
設(shè)計(jì)振蕩器電路時(shí),有必要認(rèn)識(shí)到各個(gè)組件的作用.因此,表1中以振蕩電路(圖1)為例,以通用C-MOSIC(東芝74HCU04AP)為例說明了每個(gè)電路的作用.
| 零件編號(hào) | 各部分名稱 | 條件 |
| Rf | 回程 | 從振蕩級(jí)逆變器輸出側(cè)反饋電流和信號(hào),并且繼續(xù)振動(dòng)器的振蕩,該值根據(jù)振蕩順序而變化. |
| Rd | 極限阻力 | 控制流入振動(dòng)器的電流以調(diào)節(jié)負(fù)電阻和激勵(lì)水平,防止振動(dòng)器異常振蕩,并抑制頻率波動(dòng). |
| C1,C2 | 外接電容 | 調(diào)整負(fù)電阻,激勵(lì)水平和振蕩頻率.此外,它設(shè)置為任意負(fù)載能力. |
限制電阻器(Rd)的合適值取決于諧振器的類型和頻帶以及外部電容器(C1,C2)的值而變化.精確值是在測量振蕩電路的特性(負(fù)電阻,激勵(lì)電平等)之后確定的.作為指導(dǎo),對(duì)于AT切割的振動(dòng)器(MHz頻段),范圍是100Ω至幾kΩ;對(duì)于時(shí)鐘晶體(kHz),范圍是100kΩ至幾百kΩ.外部電容器的最佳值根據(jù)諧振器的類型和頻帶,限幅電阻器的值和振蕩階數(shù)而變化,并且近似值約為3pF至33pF.
3.振蕩電路的檢查項(xiàng)目及方法
振蕩頻率的測量:
必須使用正確的電路上安裝的振子的振蕩頻率的測量方法來測量真實(shí)值.通常,使用探頭和頻率計(jì)數(shù)器來測量振蕩頻率,但是如何減少測量工具的影響是重要的一點(diǎn).頻率測量方法共有3種模式,如下圖所示(圖2,圖3,圖4).最準(zhǔn)確的測量方法是使用頻譜分析儀,該頻譜分析儀可以無接觸地測量振蕩電路.在圖2中,振蕩電路的輸出被輸入到下一個(gè)反相器,并且對(duì)緩沖器的輸出進(jìn)行了測量,因此不受探針的影響.
在圖3中,緩沖輸出(1/1、1/2等)是從IC測量的,因此不受探針的影響.圖4顯示了IC沒有緩沖器輸出的情況,并且通過在輸出點(diǎn)(ICXTALOUT端子)和探頭之間通過一個(gè)3pF或更小的小電容進(jìn)行測量,可以將探頭的影響最小化.成為.但是,由于通過這種方法減小了輸出波形,因此即使可以用示波器確認(rèn)石英晶振振蕩波形,根據(jù)頻率計(jì)數(shù)器的靈敏度也可能無法進(jìn)行測量.在這種情況下,請使用放大器進(jìn)行測量.
振蕩頻率根據(jù)測量位置而變化:
①測量緩沖輸出時(shí)②測量:振蕩級(jí)輸出時(shí)③通過電容器測量振蕩級(jí)輸出時(shí),圖5顯示了上述三個(gè)位置的測量結(jié)果,除了緩沖輸出外,在探頭的影響下測得的頻率顯示為低.4.負(fù)電阻的測量
這是為了確認(rèn)晶振振蕩電路具有多少振蕩余量,并且根據(jù)所獲得的值來預(yù)測振蕩穩(wěn)定性的測量.如圖6所示,如果將一個(gè)電阻器(R)與振動(dòng)器串聯(lián),并且該值增大,則振動(dòng)器將不會(huì)在某個(gè)電阻值以上振蕩.即將停止振蕩之前的電阻值為負(fù)電阻值.
使用示波器從振蕩頻率的測量點(diǎn)確定是否存在振蕩波形.
確保在工作電壓范圍內(nèi)的最小值足夠.
通過改變溫度在室溫下檢查測量結(jié)果.(根據(jù)工作溫度范圍,使用干燥機(jī),淬火劑,恒溫浴等)
相對(duì)于所用石英晶振的CI標(biāo)準(zhǔn),與車載和人類生活相關(guān)的安全設(shè)備等的安全性是其十倍以上.
對(duì)于其他用途,標(biāo)準(zhǔn)是是否大于等于5倍.
*但是,這些參考值如有更改,恕不另行通知.
5.激發(fā)水平的測量
在要使用的振蕩電路中,測量操作期間諧振器消耗的功率.如圖7所示,使用電流探頭測量流入石英晶振的電流(i).(我們使用P6022/Tektronix)盡管可以使用其他方法進(jìn)行測量,但使探針接觸的方法無法獲得真實(shí)值,因?yàn)殡娏鲿?huì)從探針流向GND.
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.確定換能器的振蕩模式為基本模式時(shí),確認(rèn)高振蕩模式(從基本振蕩到第三階諧波的容易性)的簡單方法如圖9所示.2),示波器的波形為3.如果沒有泛音振蕩,則可以判斷為沒有異常振蕩的可能性.相反,示波器波形為3.如果發(fā)生泛音振蕩,則可以確定存在異常振蕩的可能性.用浸水的手指檢查的原因是在換能器端子之間形成一個(gè)小的電阻,并在圖8的電路圖中減小Rf以便于在高頻范圍內(nèi)振蕩.
設(shè)計(jì)晶體振蕩電路時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)各種故障癥狀.
例如,
實(shí)際機(jī)器上的頻率精度非常嚴(yán)格,但是不在所需的頻率范圍內(nèi).
盡管電路會(huì)調(diào)整頻率,但無法調(diào)整頻率.
該頻率約為正常頻率的1/3或3倍.
當(dāng)啟動(dòng)電源時(shí),振動(dòng)器的振蕩開始時(shí)間很慢.
振動(dòng)器不振蕩,或者開始振蕩需要很長時(shí)間.
因此,為了不引起這種癥狀,有必要至少檢查上述振蕩電路的基本項(xiàng)目.這里,如果不需要改變水晶振動(dòng)子規(guī)格來解決該問題,則可以相對(duì)容易地進(jìn)行電路側(cè)的對(duì)策.(見表2)
但是,即使癥狀得到改善,在許多情況下也可能無法滿足其他振蕩器電路的特性,并且可能會(huì)發(fā)生其他問題.此外,即使嘗試對(duì)策示例也無法解決問題,我們也會(huì)調(diào)查是否有要求,因此請與銷售人員聯(lián)系.
| 問題 | 原因 | 措施實(shí)例 |
| 頻移 | 振動(dòng)器的負(fù)載能力與振蕩電路的負(fù)載能力不匹配. | 更改電路常數(shù)(C1,C2). |
| 更改振動(dòng)器的負(fù)載能力. | ||
| 頻率無法調(diào)整 | 微調(diào)電容器的頻率可變量不足. | 減少微調(diào)電容器和固定電容器的容量. |
| 以正常頻率的三倍振蕩 | 電路常數(shù)與振動(dòng)器的振蕩階數(shù)不匹配. | 增加反饋電阻(Rf)的值. |
| 插入一個(gè)限制電阻(Rd). | ||
| 增加外部電容器(C1,C2)的值. | ||
| 以正常頻率的三倍振蕩 | 電路常數(shù)與振動(dòng)器的振蕩階數(shù)不匹配. | 減小反饋電阻(Rf)的值. |
| 減小極限電阻(Rd)的值. | ||
| 減小外部電容器(C1,C2)的值. | ||
| 振蕩器不振蕩 | 電路的負(fù)電阻沒有裕度. | 減小極限電阻(Rd)的值. |
| 振蕩器啟動(dòng)時(shí)間長 | 減小外部電容器(C1,C2)的值. |
對(duì)以上資料有任何疑問,或者有其他與石英晶振相關(guān)問題需要了解的,可以到金洛鑫電子官網(wǎng)http://www.ytxiaoping.cn/上留言,提出你的問題,我們給你想要的回答!
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