晶体谐振器振荡裕量 测量方法的基础知识

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。

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. 测量方法图片
  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

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。

测量方法图片1

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。

测量方法图片2

振荡电路 : 测量负阻

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。

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)

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。

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。

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。