晶体回路问题分类及处理方法

前言

我们设计晶体回路时，总能遇见各种各样的问题，比如晶体回路频率不准，温度变化精度不准。本来在实验室测得很好的状态，可是大批量生产时有不起振的，或是工作一段时间有不工作的现象。总而言之关于晶体震荡回路总是有这样或那样的问题。今天帮大家整理一下思路，总结一下到底有哪些问题，该怎么解决。

震荡回路介绍

处理晶振回路之前，我们先简单要了解一下晶体基本知识：晶体分为晶体单元和晶体振荡器。

晶体单元，也就是我们通常会发生问题器件，它是无源晶体，需要外接两个负载电容。我们主要说明的就是这类震荡回路。

晶体振荡器属于有源器件，只要供电就会工作中，所以出现问题的可能性很小。今天不做分析。

晶体单元有几个重要的参数，我们需要了解一下和它的标准震荡回路。

图1晶体单元标准回路

Rf：反馈电阻，一般在IC内部。设计前要查明是否需要外接，一般时10M，20M。

反相器等：IC内部

Cg和Cd：外接电容，通过调整大小可以改变频率，功耗，起振能力等指标。

Rd: 限流电阻，很多设计是不用的。它是避免震荡回路电流过大，起到限流的作用。

1 晶体元件频率 Nominal Frequency

晶体元件频率(Nominal Frequency)，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。晶振常用标称频率在1～200MHz之间，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL(锁相环)将低频进行倍频至1GHz以上。我们称之为标称频率。

2 频率误差 Frequency Tolerance

频率误差(Frequency Tolerance)或频率稳定度(Frequency Stability)，用单位ppm来表示，即百万分之一(parts per million)(10-6)，是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×20Hz=±240Hz，即频率范围是(11999760～12000240Hz)

3 等效电阻 Equivalent Series Resistance

等效电阻，ESR，或是R1或是CI。都是指等效电阻的意思。

4 负载电容CL Load capacitance

晶体负载电容CL，就是晶体规格书标出的值，是指整个外围电容有效电容的总和。根据表格看，就是说当CL=6pf时(外挂俩个电容，寄生电容)，输出的频率32.768KHz在± 10ppm范围内。

问题分析

失效现象主要分类

1. 时钟不准确超出厂商规格、通讯错误、IC通讯异常等。

2. 大批量生产时有晶体不震动现象。

3. 发货前没有问题，经过一段时间晶体回路不工作。

无论哪种失效类型，我们都要考虑晶体本身可能坏掉，尽管晶体出厂就是坏品的可能性非常低。这个最好分析的，直接交给原厂直接做质量分析即可。我们这里不做介绍。

分析问题我们都要有个思路，我们用“分析试问题解决”思路来处理，即：现象-问题(问题带来的影响)-原因-对策-风险

主要问题

根据现象首先要精炼出对应问题，问题一般有如下几种：

1 精度出现偏差。

2 晶体回路起振能力不好。

3 晶体回路功耗过大。

4 晶体本身损坏。

5 其他问题。

对策

然后原因分析，对策，风险预估。我们用一个表格来归类说明。

例如：CE测试

CE测试(Crystal Evaluation)，主要评估无源晶体回路特性，帮助客户可靠的使用晶体器件，评估客户当前电路板晶体回路特性。

常规测试是通过调节负载、电容等，来评估当前晶体回路的频偏、起振能力(-R)、驱动功率。

下面有6张详情图片，我们一起来看看吧!

1、石英晶体振荡电路设计概要

2、杂散电容计算方式

3、负载电容的调整

4、驱动标准

5、负电阻

6、晶体产品方案设计温度曲线图

总结

当晶体回路出现问题时，首先要根据现象，找出问题所在，是频率还是起振或其他问题等。然后做几个交叉试验，排除是否是晶体损坏带来的影响。如果不是，把电路板交给原厂做个回路分析。最后根据分析的结果在做下一步处理，换电容，换晶体，或是调整IC。

审核编辑：汤梓红