石英晶体振荡子的基础知识

止的裕量，这是振荡电路中最重要的术语。该裕量是以石英晶体电阻为基础的比值，表明振荡电路放大能力的大校理论上来说，在裕量大于或等于1时，振荡电路可以运行。但是，在振荡裕量接近1时，由于振荡启动时间过长等原因，模块运行可能会失败。可以通过增加振荡裕量来解决此类问题。

计算

可以使用如下方法计算振荡裕量:
振荡裕量[倍] = |-R|/R1spec
|-R|: 负阻
R1spec: 规范中规定的石英晶体等效串联电阻最大值。
请参考石英晶体目录或数据表中的R1 spec值。
可以测量实际振荡电路的负阻。
最好使振荡裕量大于或等于5倍。

测量方法

1、测量要求
·  PCB
·  石英晶体(具有等效电路常数数据)
·  电阻(SMD)
·  测量仪器(示波器、频率计数器或是其它可以观察振荡的仪器)
2、将电阻串联到石英晶体上，并检查振荡电路是否工作。

3、如果2) 证实有振荡，就增大电阻。如果没有振荡，就减小电阻。
4、找出最大电阻(=Rs_max) ，即振荡停止前的电阻。
5、用Rs_max测量振荡频率。
6、通过以下公式计算有效电阻RL

7、通过以下公式计算负阻|-R|:

简单方法

1、我们用简单方法来查看一下振荡裕量是否超过5倍。
·  准备一个石英晶体等效串联电阻额定电阻5倍的电阻器。
·  将准备好的电阻器串联到石英晶体上。
·  检查振荡电路是否正常工作。
2、判断
·  振荡电路是否正常工作，也就是振荡停止裕量大于等于5倍。
·  如果振荡电路不工作，振荡停止裕量可能小于5倍。
·  在振荡停止裕量小于5倍时，最好减小阻尼电阻或是外部负载电阻。
判断
请使用振荡裕量大于5倍的振荡电路。
在实际使用中，从理论上来说，如果振荡裕量大于或等于1倍，应通过振荡电路是否工作来考虑振荡裕量的变化。
如果振荡裕量较低，很可能会出现振荡故障。因此，最好检查一下振荡裕量，并考虑电路条件，以保持足够的振荡裕量。
注意
·  影响振荡裕量的不仅是石英晶体特性，还有组成振荡电路的元件(MCU、电容器和电阻器) 。因此，在使用MCU组装模块时，最好检查一下振荡裕量。
·  最好对串联的电阻器进行评估。请不要在实际使用中使用此类电阻器。
·  最好检查模块的功能。振荡电路的频移很可能会造成模块无法正确工作。
·  在测量中应当使用夹具和插座，但是它们的杂散会对振荡裕量产生影响。




三、驱动功率

驱动功率是指振荡电路工作时石英晶体的功耗。保持石英晶体低于驱动功率是很重要的。超过驱动功率，可能会引起频率和等效串联电阻的意外变化。

计算

按如下方法计算驱动功率:
驱动功率= I2?R1
I: 驱动功率[有效值]
R1: 石英晶体的等效串联电阻
驱动功率是指在振荡电路工作时通过石英晶体的电流。可以在实际振荡电路上测量励样子电流。
可以通过网络分析仪等仪器来测量R1。

测量实例

1、测量设备和装置
·  PCB
·  石英晶体(具有等效电路常数数据)
·  示波器、电流探针
2、焊接一根引线，并如下图所示放置电流探针。
3、给PCB提供电压，并在示波器上观察励样子电流波形。
4、计算励样子电流的有效值
如果波形是正弦波或与之类似的波形，就使用Ip-p/2√2计算有效值数字示波器具有读取有效值的功能。
5、通过上述公式计算驱动功率。

判断

测量的驱动功率不应超过石英晶体规格的驱动功率。
只测量通过石英晶体的电流。所以应将电流探针放于A点。

振荡电路: 正常条件

从水晶盘的一侧脱焊，并通过穿过电流探针的引线连接到PCB上。

连接电流探针

四、振动频率

振动频率是指与石英晶体一起工作的振荡电路的实际频率。振动频率由石英晶体决定，并受MCU、外部负载电容、PCB杂散电容等的影响。

测量方法

振动频率通过以下方程来计算。
负载共振频率，fr: 共振频率，Cs: 负载电容，C0、C1: 等效电路常数

测量方法1

1、测量设备和装置
·  振荡电路
·  频率计数器
·  放大器(或是带有输出信号的示波器)
·  探针
2、按照下图所示准备测量设备。请尽可能延长示波器中Y轴的范围。
3、让探针尽可能靠近振荡电路。
4、从频率计数器上读取频率。
注意
·  请不要让探针触碰振荡电路。由于探针的输入电容，实际振荡频率会降低。
·  请注意，示波器中显示的频率精度是不够的。
·  请注意数字示波器因量化误差而产生的采样率或平均数。
测量方法2
1、测量设备和装置
·  振荡电路
·  光谱分析仪
·  天线(可以用作天线的同轴电缆)
2、按照下图准备测量设备。
3、让天线尽可能靠近振荡电路。
4、读取光谱分析仪响应的峰值频率。