爱普生晶振评估振荡电路方法(转载)

　　为了获得稳定的振荡，通常情况下石英晶体单元与振荡电路的匹配十分重要爱普生l805。若电路结构与晶体单元的匹配中存在问题，就会产生频率不够稳定、停止起振或振荡不稳定等问题。石英晶体单元与微机一起使用时，需要评估振荡电路。确认石英晶体单元与振荡电路的匹配之际，至少要对振荡频率（频率匹配）、振荡裕度（负阻抗）和激励功率的三项进行评估。现扬兴为EPSON大中华区的一级代理商（中国区代理商编号16001），有源晶振销量在代理中位列第一，并与EPSON原厂战略合作成立爱普生晶振中国区样品中心，推出爱普生晶体回路评估服务。本次将说明确认石英晶体单元和振荡电路匹配性的评估工作。（关于回路评估服务的详情可以查看YXC扬兴官网《爱普生晶体回路评估服务》）

　　- 评估振荡频率（频率匹配）之前的准备 -

　　一般，石英晶体生产商基于电路设计方所提出的石英晶体单元振荡频率（FL）、负载电容（CL值）和振荡频率可容误差（Δf）的三项数据，根据负载电容（CL值）使晶体单元起振，并调整振荡频率和可容误差爱普生l805。

　　需要注意的是，事先指定的负载电容（CL值）中没有考虑实际的基板中因各种因素而产生的电容（杂散电容）爱普生l805。杂散电容是造成振荡频率精度下降的因素之一，所以应当考虑到其影响，或者让石英晶体生产商更改石英晶体单元的振荡频率，或者由电路设计方重新调整杂散电容。这是振荡频率匹配工作的大致框架。

　　1.标准负载电容值

　　负载电容是在振荡电路中从石英晶体单元的两端来看振荡电路时的电容爱普生l805。

　　原则是电路设计方所指定的数值爱普生l805。

　　2.标准负载电容的石英晶体单元振荡频率（FL）

　　振荡频率（FL）指以标准负载电容的振荡电路驱动石英晶体单元时的振荡频率爱普生l805。

　　使用室温条件下的数据，不考虑杂散电容等因素爱普生l805。

　　频率匹配

　　3.石英晶体单元的等效电路常数

　　指不考虑等效串联阻抗（R1）、等效串联电容（C1）、等效串联电感（L1）、等效并联电容（C0）和负载电容的石英晶体单元自身的振荡频率（Fr）等常数爱普生l805。

　　测试石英晶体单元等效电路常数时通常使用电感测试器或网络分析仪爱普生l805。使用网络分析仪测试石英晶体单元后得出等效电路定数的方法最为理想。但是，由于设备不全等原因而不能由电路设计方进行石英晶体单元的测试时，建议电路设计方向所购买的晶体单元生产商提出测试要求。

　　- 振荡频率（频率匹配）的评估 -

　　这里开始进入实际评估工作爱普生l805。

　　首先确认石英晶体单元（评估用晶体单元）和振荡电路一起安装在基板的状态下的振荡频率爱普生l805。

　　这被称为“确认频率匹配状况”爱普生l805。掌握安装在基板上时的振荡频率和标准负载电容时的振荡频率之差，就能够确认基板的实际电容（电路侧电容）与事先指定的标准电容之间所产生的偏差。这里所指的基板电容包括从石英晶体单元看振荡电路时的电容（负载电容），也包括起因于基板导电图案等的杂散电容。

　　其次准备评估石英晶体单元和振荡电路的匹配所需测试仪器爱普生l805。评估所需基本测试仪器有直流电源、频率计、示波器、FET探针和电流探针等。图1显示测试仪器基本组成例。

　　图1：评估频率匹配所需测试仪器基本组成

　　YXC扬兴晶振焊接

　　图2：把FET探针放在石英晶体单元的HOT端子上确认振荡波形

　　首先把FET 探针放在石英晶体单元的HOT端子上（图2），示波器中显示波形、频率计显示频率爱普生l805。例如，不考虑负载电容的石英晶体单元的振荡频率（Fr）为12MHz时，若其标准负载电容时的振荡频率（FL）为12.000034MHz，假设将该石英晶体单元安装在基板上后使用FET探针实际测试得出的振荡频率（FR）为12.000219MHz，就可以得出两者（在基板上实装石英晶体单元后的振荡频率（FR）与标准负载电容时石英晶体单元的振荡频率）之间的差为+185Hz，出现了+15.4ppm 的差异。这个差越接近零，频率精度越高。

　　使上述 FR和FL的差接近零的方法有两种爱普生l805。

　　第一种方法是从石英元件生产商处购买振荡频率（中心频率）比现在偏移+15.4ppm的石英晶体单元爱普生l805。

　　另一种方法是对振荡电路的负载电容进行微调整，以此得到相应的振荡频率爱普生l805。

　　在下一项中将介绍对负载电容进行微调整的匹配方法爱普生l805。

　　- 对负载电容进行微调整来匹配频率的方法 -

　　计算负载电容时需要前述的数据爱普生l805。

　　· 石英晶体单元等效电路常数（Fr、R1、C1、L1、C0）

　　· 实装在基板后的振荡频率（FR）

　　根据这些数据使用以下算式计算负载电容（CL）爱普生l805。

　　… 算式（1）

　　具体计算举例如下：

　　假设石英晶体单元的额定频率为12MHz，振荡电路的负载电容（CL）为7.8pF爱普生l805。

　　这里的额定频率指使用规定负载电容的振荡电路的条件下的振荡频率（FL）爱普生l805。

　　假定用网络分析仪对该石英晶体单元进行测试后得到了下列各常数：

　　FR=12.000219 MHz

　　Fr＝11.998398 MHz

　　R1＝33.7 ohm

　　L1＝70.519 mH

　　C1=2.495 fF

　　C0=1.11 pF

　　这里重申Fr是石英晶体单元自身的振荡频率爱普生l805。把这些常数代入算式（1）就可以求出CL=7.11pF。

　　从求出的值可以得出与先前所指定的振荡电路负载电容（CL）等于7.8pF之间的差为0.69pF爱普生l805。只要把差调整到零，事先所指定的振荡电路负载电容就与在印制基板上实装石英晶体单元时的电容相等。因此，理论上频率公差也变为零，便可得到事先所指定的振荡频率。

　　实际调整振荡电路的负载电容时，将变更图3的Cg 和Cd，以符合事先指定的标准电容爱普生l805。这时，Cg 和Cd的大致数值可以使用下列算式（2）计算得出。

　　图3

　　… 算式（2）

　　这里的Ci表示振荡电路的实际负载电容（CL），Cs则表示印制基板的导线图案和部品的寄生电容等爱普生l805。Ci只要等于事先指定的标准电容CL（晶体单元单体电容CL）即可，所以可以使用下列算式（3）和算式（4）算出。

　　… 算式（3）

　　… 算式（4）

　　Cg和Cd是从规定的晶体单元单体负载电容减去Cs后的数值爱普生l805。计算得出的只是大致数值。实际调整Cg和Cd时建议边确认振荡频率边进行频率匹配。

　　如果振荡电路的Cg和Cd难以变更，可以通过调整晶体单元的负载电容进行频率匹配爱普生l805。这种情况下可以让石英晶体单元生产商把晶体单元电容调整为电路电容后购买，再对其进行匹配评估确认结果。但需要注意的是，电路的负载电容与振荡频率变化量成反比。因此，当振荡电路的负载电容较小时，容易受到振荡电路微小的特性变化的影响，导致频率稳定度恶化。所以，关键在于根据机器用途而设定适宜条件。