晶体谐振器振荡裕量

晶体谐振器的基础知识

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No. 术语 项目 内容
1 概述 振荡裕量

是指振荡停止的裕量,这是振荡电路中最重要的术语。

该裕量是以晶体谐振器电阻为基础的比值,表明振荡电路放大能力的大小。

理论上来说,在裕量大于或等于1时,振荡电路可以运行。但是,在振荡裕量接近1时,由于振荡启动时间过长等原因,模块运行可能会失败。可以通过增加振荡裕量来解决此类问题。

2 测量 计算 可以使用如下方法计算振荡裕量:
振荡裕量 [倍] = |-R|/R1spec
|-R|: 负阻
R1spec: 规范中规定的晶体谐振器等效串联电阻超大值。
请参考晶体谐振器目录或数据表中的R1 spec值。
可以测量实际振荡电路的负阻。
最好使振荡裕量大于或等于5倍。
测量方法
  1. 测量要求
    • PCB
    • 晶体谐振器 (具有等效电路常数数据)
    • 电阻 (SMD)
    • 测量仪器 (示波器、频率计数器或是其它可以观察振荡的仪器)
  2. 将电阻串联到晶体谐振器上,并检查振荡电路是否工作。
  3. 将电阻串联到石英晶体上,并检查振荡电路是否工作。
  4. 如果2) 证实有振荡,就增大电阻。如果没有振荡,就减小电阻。
  5. 找出超大电阻 (=Rs_max) ,即振荡停止前的电阻。
  6. 用Rs_max测量振荡频率。
  7. 通过以下公式计算有效电阻RL
  8. 公式计算
  9. 通过以下公式计算负阻|-R|:
  10. 公式计算
简单方法
  • 我们用简单方法来查看一下振荡裕量是否超过5倍。
    1. 准备一个晶体谐振器等效串联电阻额定电阻5倍的电阻器。
    2. 将准备好的电阻器串联到晶体谐振器上。
    3. 检查振荡电路是否正常工作。
  • 判断
    振荡电路是否正常工作,也就是振荡停止裕量大于等于5倍。
    如果振荡电路不工作,振荡停止裕量可能小于5倍。
    在振荡停止裕量小于5倍时,非常好减小阻尼电阻或是外部负载电阻。(请解释振荡停止的原因,并给出相应的对策)
3 判断

请使用振荡裕量大于5倍的振荡电路。

在实际使用中,从理论上来说,如果振荡裕量大于或等于1倍,应通过振荡电路是否工作来考虑振荡裕量的变化。

如果振荡裕量较低,很可能会出现振荡故障。因此,非常好检查一下振荡裕量,并考虑电路条件,以保持足够的振荡裕量。

4 注意
  • 影响振荡裕量的不仅是晶体谐振器特性,还有组成振荡电路的元件 (MCU、电容器和电阻器) 。因此,在使用MCU组装模块时,非常好检查一下振荡裕量。
  • 非常好对串联的电阻器进行评估。请不要在实际使用中使用此类电阻器。
  • 非常好检查模块的功能。振荡电路的频移很可能会造成模块无法正确工作。
  • 在测量中应当使用夹具和插座,但是它们的杂散会对振荡裕量产生影响。

通常由C-MOS逆变器 (包括MCU) 、反馈电阻 (通常包括MCU) 、阻尼电阻、外部负载电容和晶体谐振器组成振荡电路。

振荡电路: 测量负阻

常规振荡电路

↓

在测量负阻时,将电阻串联到晶体谐振器上。

这个串联电阻并不在实际中使用。

振荡电路: 测量负阻 (简单方法)

振荡电路: 测量负阻

例如: 确定振荡裕量是否超过5的简单方法。

在这种情况下,等效串联电阻的额定值是100ohm。

在晶体谐振器上串联510ohm电阻。

在此条件下,检查电路是否能保持振荡。

如果振荡可以启动并持续,那么这个电路的振荡裕量就超过了5倍。

振荡电路: 测量负阻 (简单方法)

振荡电路: 测量负阻 (简单方法)