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技術支持 TECHNICAL SUPPORT

石英晶振振蕩線路中負性阻抗的探究

振蕩線路回路分析的目的:


一個晶體振蕩電路必然會(huì)存在一定刀吃範圍的誤差,問題是如(rú)何了解這個誤差範圍,并将誤差值控制在最小(xiǎ師看o)的範圍以内。


振蕩電路主要有三種誤差來源:


第一種:石英晶體單元本身就存在有不(bù)同的女一精度(也就是容許誤差)。


第二種:誤差來源是石英晶體的溫度特性,也就是頻率随溫度變化會(huì)出現偏差的現象。


圖1:石英晶體頻率—溫度特性曲線

第三種:誤差來源來自振蕩電路上的外圍元器(qì討白)件配置,這些組件包括石英晶體、半導體IC、外圍電阻/電容,以及PCB走線。

進行振蕩電路回路分析的目的,就是為(wèi)了檢視石飛女英晶體在整個振蕩電路中是否得(de)到理想的匹配。透過回路分析,人話研發人員可以在電路設計階段就了解石英晶體振蕩電路的匹配狀況,避免在量産後才發生問題,因為(wèi謝為)再更改設計很不(bù)容易。

  

回路分析要點


振蕩電路回路分析包含三個基本的面向,介紹如(rú)下舊制:

1.頻率容許誤差(Frequency Tolerance)的量測:

頻偏誤差的計算公式如(rú)下:

頻偏誤差=(量測頻率值–中心頻率值)/中心頻率值x 1,000,0自風00(得(de)出的單位為(wèi)ppm)。

2. 驅動功率(D.L.,Driver Le笑大vel):

計算公式為(wèi): P (uW)= 廠照I^2 x Re

3. 負性阻抗(也稱為(wèi)起振餘量):-R

負性阻抗代表振蕩線路的起振餘量狀況,也就是這個電路的健康度為廠,即石英晶體在驅動下容不(bù)容易被起振。負性阻抗的判斷基本值是石英晶體最南海大(dà)ESR值的3~5倍。

實際操作的時(shí)候主要改變負載電容的匹配,那的風幺我們(men)來看一下負載電容和各項參數的關系:月議


負載電容與頻率容許誤差的關系圖:電容變大(dà信的),頻率變慢;電容變小(xiǎo),頻率變快

負載電容與驅動功率的關系圖:當負載電容變的近小(xiǎo)時(shí),驅動功率也會(huì)變小(xiǎo)


負載電容與負性阻抗的關系圖:當負載電容變小(xiǎo)時(shí)得為,負性阻抗會(huì)變大(dà)
[案例分析]

客戶在應用MC-146的過程中發現會(huì)有10%左右的電物晶體起振時(shí)間過長(cháng)、甚至理喝不(bù)起振的現象發生。需要對電路設計進行測試來找到問題的原因林輛和解決方法。


根據客戶提供參數測試得(de)到如(rú)下他們數據:


從測試結果看客戶初始選擇Cl=12.5pF的MC-14喝窗6進行設計,匹配電容C174=C175=18Pf, 測得(de)精度為(wè動有i)+4.4 ppm滿足應用要求。同時(shí)DL= 0.119W也亮對小(xiǎo)于0.5 W的要求。但是我們近地(men)看到–R值為(wèi)220 k不(bù)滿足著聽–R》5* ESR的要求。 該設計存在起振緩慢或停振的風險,因此需要對回什會路的器(qì)件參數進行重新設定。


重新設定的原則是:使振蕩回路得(de)到的參數指标都滿足設計要求我去。

經過測試發現 Cl=12.5pF 的MC-146 在該系統的所有情務林況下都不(bù)能滿足全部的參數要求,因此需要更換晶體單元裡快。

結果顯示當使用Cl=7 pF 的MC-146 的時(shí)候,匹配友拿電容C174=7pF C175=6 pF, 測得(de)精外著度為(wèi)+3.8 ppm 滿足應用要求。同時(shí) DL=車日 0.081?W 也小(xiǎo)于0.5W的要求。-R長車值為(wèi)1000 k遠遠大(dà)厭路 5倍ESR(325 k)。因此推薦客戶使用該參數匹配的電路設計,術麗可以保證得(de)到穩定可靠的時(shí)鐘(zh很南ōng)頻率。