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来源:http://www.zhaoxiandz.com 作者:兆现电子 2020年10月09
振荡电路是Oscillator性能的基本保障,应如何进行校验.
其实究其根本,石英晶振的根源就在振荡电路上;石英晶振的作用主要是什么?当然是输出频率信号以供相关模块使用了,那么这个频率信号怎么来?这就是振荡电路的作用所在之处了,所以说振荡器电路是晶振的根源所在一点都不为过,同时也是晶振性能的基本保障所在;但如何对其进行校验是一大问题. 许多工程师在设计振荡器电路时并没有在石英晶体上花费太多精力.对于他们来说,这是一个仍然可以正常工作的标准功能.实际上,这并不是那么简单.振荡器电路设置了应用的心跳,并且需要在石英晶体及其其他组件之间进行仔细匹配.否则,产生的频率的准确性会受到影响,甚至在现场应用可能会失败.所以在运用之前需要进行校验,此过程将检查以下三个参数:
1)频率精度
2)振荡安全系数(OSF)
3)驱动器级别
频率精度:
振荡器电路的主要任务是在整个应用周期内和所有环境条件下产生稳定且准确的频率.为此,振荡器电路的总负载电容(CL)必须尽可能接近晶体的标称负载电容(nominalCL)或与之理想匹配.
因此,电路分析的第一步是确定石英晶体在其两个端子处”看到”的总负载电容(CL).由于与电路的任何直接接触都会使测量结果失真,因此,可以使用放置在电路上方一小段距离的近场探头,在不接触的情况下进行测量.然后将晶体从电路中焊接出来,并用Crystal Network Analyzer在标称CL下进行测量.总CL与晶体标称CL的偏差越大,频率偏差就越大.但是,通过检查分析仪中的晶体,可以确定需要进行哪些校正才能提高电路的频率精度.
振荡安全系数(OSF):
在第二步骤中,检查石英晶体振荡器电路的振荡安全性.该术语描述了电路在所有可能的环境条件下快速可靠地启动的能力.因此,分析着重于电路内的电子电阻.所示,电路中与石英串联了一个新的附加电阻(RPot).然后逐步增加RPot的电阻,直到振荡停止.这种方法模拟了”最坏情况的石英”,并揭示了特定振荡器电路中石英的最大允许阻抗.
以此方式确定的最大阻抗与晶体的ESR,max之比最终导致振荡安全系数(OSF).对于MHz晶体(AT-Cut),对于大多数标准应用来说,大于5的OSF被认为是足够的.对于与安全相关的应用,例如在汽车领域或医疗技术中发现的应用,通常需要OSF大于10.对于32.768K晶振,由于这些电路的设计功耗极低,因此必须已经将OSF值定为3至5,大于5则定为非常好.
驱动等级:
为了防止石英过载,确定作用在石英上的功率.为此,第一步是使用HF电流钳测量流过石英的电流强度.根据该测量结果和已经确定的电路参数来计算石英的“驱动电平”.驱动级别不得超过石英数据表中指定的最大值.
超过最大驱动电平可能会导致频率偏差,或者在最坏的情况下甚至会导致石英故障.
调整振荡器电路:
通过所有三个测试均令人满意的振荡器电路可以很好地集成到预期的应用中.但是,如果测试发现缺陷,则必须对电路进行调整.例如,如果有与频率精度,在电路中的负载电容的变化可以减少电路C之间的差的问题大号和标称?大号石英晶体,从而提高频率精度.有时也有必要用另一种类型替换原来安装的晶体.
综上所述,振荡电路对于有源晶振的性能来说确实至关重要,我们需要想尽办法对其稳定进行测量,也就是上述的三个方面,这是我们站在用户的角度去看待这个问题,当从生产者的角度的话,在技术允许的情况下甚至可以通过改善振荡电路的设计来提升产品的性能,所以在振荡电路的设计过程中也相当有讲究的,这里我们就不做过多描述.
振荡电路是Oscillator性能的基本保障,应如何进行校验.
其实究其根本,石英晶振的根源就在振荡电路上;石英晶振的作用主要是什么?当然是输出频率信号以供相关模块使用了,那么这个频率信号怎么来?这就是振荡电路的作用所在之处了,所以说振荡器电路是晶振的根源所在一点都不为过,同时也是晶振性能的基本保障所在;但如何对其进行校验是一大问题. 许多工程师在设计振荡器电路时并没有在石英晶体上花费太多精力.对于他们来说,这是一个仍然可以正常工作的标准功能.实际上,这并不是那么简单.振荡器电路设置了应用的心跳,并且需要在石英晶体及其其他组件之间进行仔细匹配.否则,产生的频率的准确性会受到影响,甚至在现场应用可能会失败.所以在运用之前需要进行校验,此过程将检查以下三个参数:
1)频率精度
2)振荡安全系数(OSF)
3)驱动器级别
频率精度:
振荡器电路的主要任务是在整个应用周期内和所有环境条件下产生稳定且准确的频率.为此,振荡器电路的总负载电容(CL)必须尽可能接近晶体的标称负载电容(nominalCL)或与之理想匹配.
因此,电路分析的第一步是确定石英晶体在其两个端子处”看到”的总负载电容(CL).由于与电路的任何直接接触都会使测量结果失真,因此,可以使用放置在电路上方一小段距离的近场探头,在不接触的情况下进行测量.然后将晶体从电路中焊接出来,并用Crystal Network Analyzer在标称CL下进行测量.总CL与晶体标称CL的偏差越大,频率偏差就越大.但是,通过检查分析仪中的晶体,可以确定需要进行哪些校正才能提高电路的频率精度.
振荡安全系数(OSF):
在第二步骤中,检查石英晶体振荡器电路的振荡安全性.该术语描述了电路在所有可能的环境条件下快速可靠地启动的能力.因此,分析着重于电路内的电子电阻.所示,电路中与石英串联了一个新的附加电阻(RPot).然后逐步增加RPot的电阻,直到振荡停止.这种方法模拟了”最坏情况的石英”,并揭示了特定振荡器电路中石英的最大允许阻抗.
以此方式确定的最大阻抗与晶体的ESR,max之比最终导致振荡安全系数(OSF).对于MHz晶体(AT-Cut),对于大多数标准应用来说,大于5的OSF被认为是足够的.对于与安全相关的应用,例如在汽车领域或医疗技术中发现的应用,通常需要OSF大于10.对于32.768K晶振,由于这些电路的设计功耗极低,因此必须已经将OSF值定为3至5,大于5则定为非常好.
驱动等级:
为了防止石英过载,确定作用在石英上的功率.为此,第一步是使用HF电流钳测量流过石英的电流强度.根据该测量结果和已经确定的电路参数来计算石英的“驱动电平”.驱动级别不得超过石英数据表中指定的最大值.
超过最大驱动电平可能会导致频率偏差,或者在最坏的情况下甚至会导致石英故障.
调整振荡器电路:
通过所有三个测试均令人满意的振荡器电路可以很好地集成到预期的应用中.但是,如果测试发现缺陷,则必须对电路进行调整.例如,如果有与频率精度,在电路中的负载电容的变化可以减少电路C之间的差的问题大号和标称?大号石英晶体,从而提高频率精度.有时也有必要用另一种类型替换原来安装的晶体.
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振荡电路是Oscillator性能的基本保障,应如何进行校验.
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