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晶体在使用过程中需要注意哪些点?(一)-- 关键参数
晶体在使用过程中需要注意哪些点?(二)--PCB板实际频偏计算
#征文#PCB板上的晶体不起振,为啥?如何调整?
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#征文#PCB板上的晶体不起振,为啥?如何调整?

大家好,我是硬件微讲堂。这是在电子星球的第21篇原创文章。为避免错过干货内容,一定记得点赞、收藏、分享哟。加微信hardware_lecture(备注:电子星球)进群沟通交流。

关于晶体,已经发过两篇,主要讲了关键术语 和 频偏计算:

晶体在使用过程中需要注意哪些点?(一)-- 关键参数

晶体在使用过程中需要注意哪些点?(二)--PCB板实际频偏计算

前几天看到有粉丝留言让讲一下“无源晶体起振的条件”,这是个不错的问题,我觉得有必要聊聊,所以就有了这第3篇文章。

1、一道面试题

照例,先抛出来一道面试题:“PCB板上的晶体不起振,可能是什么原因?”。这个问题比较常规,笔试题中标的概率比较高,实际使用时也可能会碰到这类问题。如何回答,10秒时间自己先思考下。

2、负性阻抗(-R)是什么?

要回答这个问题,我觉得有必要先搞清楚什么是晶体的负性阻抗。

性阻抗,英文:Negative Resistance;简写:-R;单位:Ω。在网上搜了下,找到如下描述。

负性阻抗是指从石英晶体共振子的二个端子往振荡线路看过去,所得到振荡线路在振荡频率时的阻抗特性值。       -- 源自网络

还有一种解释,是从Murata网站看到的。

负性阻抗是指用阻抗表示的振荡电路的信号放大能力。      --Murata 网站

这两个定义,看起来都比较偏学术,不太通俗。我个人倾向于Murata的解释。大家知道大概意思就行了,不必纠结,重点是下面的内容。

3、(-R) 能做什么?

上面的定义,你可以不理解不清楚,但是下面这个你必须搞清楚弄明白。

敲黑板,这才是重点!!!

负性阻抗(-R)用于表征振荡裕量,即从振荡到振荡停止的裕量

负性阻抗(-R)不是晶体的内部参数, 而是PCB电路的实测值晶体在PCB线路设计时的一个重要参数可用于判断晶体振荡电路的稳定性

如果在PCB上测出来的负性阻抗偏小,则表示该晶体振荡器的线路设计起振裕量不足,设计不合理。

4、(-R) 测量方法及步骤

说完负性阻抗(-R)的作用,再说下它的测量方法。

上图为负性阻抗测试的示意图。图中,Xtal是晶体,Rf是负反馈电阻,Rd是限流电阻,CL1/CL2是外部匹配电容,Vr是可调电阻。

负性阻抗(-R)的测试步骤:

①将可调电阻Vr与晶体串联接入回路,如上图。Vr是我们为了测试负性阻抗,刻意添加进去的。

②调节可变电阻Vr,使回路起振或停振。当回路刚停振时,测试Vr的阻值;

③通过公式|-R|=RL+Vr,计算得到负性阻抗值。

特别说明RL是晶体加负载电容的谐振阻抗,不是ESR。网上看有些文章,直接写|-R|=ESR+Vr,这是不对的,不要被误导。

5、(-R) 阻值定量分析

根据上面的测量,此时已经得出负性阻抗(-R)的阻值|-R|。

既然负性阻抗|-R|偏小表示晶体起振裕量不足,那|-R|阻值多少才算是一个合理值呢?

现在我们从定性分析已经进阶到定量分析,继续往下看。

至少是规格书标称ESR的5倍,才合适!阻值越大,振荡裕量越高,说明振荡越稳定。

6、实际案例

上面讲的一大堆,都是理论知识。如果仅仅这样就结束本篇文章,那太不符合“硬件微讲堂”贴近实战的秉性,更体现不出来专业性。

上图是某品牌的晶体匹配测试报告中负性阻抗(-R)和振荡裕量计算部分。

可以看出:可调电阻R实测值为769Ω,RL为10Ω,则负性阻抗|-R|=779Ω。而该晶体标称的ESR(max)=60Ω,则振荡裕量(倍率)=|-R|/ESR=12.98倍,大于要求的5倍,满足起振要求。

7、晶体不起振的原因…

再回到文章开头提到的面试题“PCB板上的晶体不起振,可能是什么原因?”,负性阻抗偏小,振荡裕量不够,就是一个可能性比较大的原因。但这并不是唯一的原因,还有其他原因么?

当然有,其他原因有哪些,欢迎你在留言区交流。

8、晶体不起振,如何调整?

这也是一个不错的问题,我说2种方法:

方法①:减小外部匹配电容CL1/CL2,以增大负性阻抗;

方法②:更换标称值ESR更小的晶体,以增大振荡裕量;

欢迎你在留言区交流调整措施。

9、总结

聊到这里,今天要说的也差不多了,总结下今天聊的内容:

(-R)是指用阻抗表示的振荡电路的信号放大能力

(-R)用于表征振荡裕量,即从振荡到振荡停止的裕量;

(-R)不是晶体的内部参数, 而是PCB电路的实测值

(-R)可用于判断晶体振荡电路的稳定性

(-R)测试环境示意图测试步骤

(-R)计算公式:|-R|=RL+Vr,特别说明RL不是ESR;

(-R)的定量分析:至少是规格书标称ESR的5倍,才合适!

⑧晶体不起振的原因:可能的原因之一是负性阻抗偏小,振荡裕量不够

附加题:

⑨晶体不起振的原因,除了负性阻抗偏小,其他还有哪些原因?欢迎留言交流。

⑩晶体不起振,如何调整?已给出2种方法,欢迎留言交流。

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门,就看你的造化了!

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  • dy-GLM1fXt5 05-30 12:36
    之前一直没整明白这个参数是干嘛使的,学习了
    回复 1条回复
  • dy-LRVLgHBk 05-25 18:11
    必须收藏
    回复 2条回复
  • dy-UMw7CExI 05-25 18:02
    干货必须点赞
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  • dy-PGxlDHG8 05-25 17:12
    遇到晶体不起振的情况,除了这两种调整方向,还有其他嘛?
    回复 1条回复
  • dy-z9t5j6yu 05-25 15:41
    牛皮plus
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  • dy-LYNui6I4 05-25 15:38
    写得很清楚,点赞
    回复 1条回复
  • dy-yvc5BwSk 05-16 12:21
    六六六
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  • dy-vCgATSBb 05-16 12:18
    学习到了,感谢分享
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  • dy-U5LUGXWg 05-16 11:49
    非常实用
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  • dy-PGxlDHG8 05-16 11:46
    学废了
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