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如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

2017年06月01日 17:31 网络整理 作者: 用户评论(0

  晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片),石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振;而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

  晶振是否起振的判断

  1、判断方法很多,用示波器看波形是最直接的,用数字万用表的电压档测电压也行,因晶振波形的占空比为50%,所以测得的平均电压为1/2Vcc左右,对于51单片机,在使用外置程序存储器的时候还可以测PSEN引脚或P0口引脚的电压或波形,只有晶振电路正常工作,那些引脚才会有信号输出,但现在很少采用片外扩展存储器,所以测晶体两端的电压或波形即可,只是晶振电路设计不良时,测试设备的引入有可能导致停振。

  2、晶体两端的电压差不是平均电压差,虽然事实上因外电路的影响,晶体两端的电压可能会有差别,但这不是判断晶振是否起振的依据,也不是晶振电路正常工作的条件。至于一高一低没有工作是指一端为Vcc或接近Vcc,另一端为0或接近0,这时晶振电路当然没有起振,否则50%的占空比势将平均电压拉到1/2Vcc左右,但这么表达是不确切的,搞技术应该尽量定量精确描述。

  3、听声音判断晶振是否起振不可靠,晶体的振荡频率远超人耳能够听见的频率上限,有时能够听到反而是有问题的,说明晶体质量不佳,更多的时候,正常工作的晶体是不会发出任何人耳能听到的声音的,有时声音来自外电路元件

  4、单片机的两个信号输入脚一个是19脚(XTAL1)一个是18脚(XTAL2)对应单片机内部的电路是高增益放大器,当外面接晶振的时候,19脚对应高增益放大器的输入端,18脚对应高增益放大器的输出端,所以你测量的时候应该是高增益输出端有信号也就是18脚

  51单片机振荡电路

  在MCS-51单片机片内有一个高增益的反相放大器,反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2,由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。根据硬件电路的不同,单片机的时钟连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式,如图2.11所示

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  (a)内部方式时钟电路 (b)外接时钟电路

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  内部时钟原理图 (就是一个自激振荡电路)

  在内部方式时钟电路中,必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路,通常C1和C2一般取30pF,晶振的频率取值在1.2MHz~12MHz之间。对于外接时钟电路,要求XTAL1接地,XTAL2脚接外部时钟,对于外部时钟信号并无特殊要求,只要保证一定的脉冲宽度,时钟频率低于12MHz即可。

  晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路,它将该振荡信号二分频,产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信号的周期称为状态时间S,它是振荡周期的2倍,P1信号在每个状态的前半周期有效,在每个状态的后半周期P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作的。

  示波器测试晶振

  晶振波形一般是正弦波或者方波,当输出波形是方波时,一般上升沿比较抖,且包含了较多的高频信号,这个时候就要保证测试的带宽足够,理论值是带宽是被测信号频率的2倍,实际测试方波时带宽应该是被测信号频率的10倍。

  除了带宽之外,在测试晶振时,还有一点应该重点注意:晶振对电容负载较敏感,探头电容相对较大,相当于一个很重的负载并联在晶振电路中,容易导致电路停振而得不出正确的测量结果。

  所以在进行晶振测试的时候,需要保证足够的带宽和较小的输入电容。

  示波器测试晶振的正确方法

  首先我们来回答标题的问题,用200M示波器绝对可以测试10M晶振的波形,可是为什么测出来的波形是图1的形状呢?

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  这是因为在测试的时候,探头选择了&TImes;1档位,ZDS2000系列标配的ZP1025S探头在&TImes;1档时带宽为10MHz,输入电容为55 pF±10 pF,由此导致了波形的失真。

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  让我们将探头档位调为&TImes;10档,此时探头带宽为250MHz,输入电容为13pF±5 pF,我们来看看此时的波形吧。

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  为了提高信号保真度,还应使用探头标配的接地弹簧代替接地鳄鱼夹就近接地。

  如何确认晶振是否起振,示波器测试晶振的方法

  大家在使用示波器进行测试的时候,除注意示波器的设置之外,还要注意当前探头的档位,不同的档位对应不同的参数,合适的才是最好的!

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( 发表人:王增涛 )

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