許多工程師在設(shè)計(jì)振蕩器電路時(shí)，并沒有在石英晶體上花太多心思。對(duì)他們來說，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功能，無論如何都會(huì)起作用。其實(shí)沒那么簡(jiǎn)單。

振蕩器電路決定著應(yīng)用的心跳，需要石英晶體和其它元件之間的仔細(xì)匹配。否則，所產(chǎn)生頻率的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響，應(yīng)用甚至可能在現(xiàn)場(chǎng)失敗。

我們Cardinal晶振公司希望讓我們的客戶免受此類問題的困擾。因此，我們對(duì)客戶的振蕩器電路進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在實(shí)現(xiàn)晶體和電路的最佳匹配。在這些所謂的“OSF試驗(yàn)”過程中檢查了以下三個(gè)參數(shù):

1)頻率精度

2)振蕩安全系數(shù)(OSF)

3)驅(qū)動(dòng)水平

頻率準(zhǔn)確度

振蕩器電路的主要任務(wù)是在整個(gè)應(yīng)用周期和所有環(huán)境條件下產(chǎn)生穩(wěn)定而精確的頻率。為了使總負(fù)載電容(CL)必須盡可能接近額定負(fù)載電容(額定CL)或理想地與之匹配。

因此，電路分析的第一步是確定總負(fù)載電容(CL)石英晶體在其兩端“看到”的。由于與電路的任何直接接觸都會(huì)使測(cè)量結(jié)果失真，因此測(cè)量是在不接觸的情況下進(jìn)行的，使用近場(chǎng)探頭放置在電路上方一小段距離處。然后將晶體從電路中焊接出來，用晶體網(wǎng)絡(luò)分析儀在標(biāo)稱溫度下測(cè)量L.

總C的偏差越大L從名義上的CL晶體的頻率偏差越大。然而，通過檢查分析儀中的晶體，可以確定需要哪些校正來提高電路的頻率精度。

振蕩安全系數(shù)(OSF)

在第二步中，檢查振蕩器電路的振蕩安全性。該術(shù)語描述了電路在所有可能的環(huán)境條件下快速可靠啟動(dòng)的能力。因此，分析的重點(diǎn)是電路中的電阻。

如圖1所示，電路中內(nèi)置了一個(gè)新的附加電阻(R Pot ),與石英串聯(lián)。然后逐步增加R電位計(jì)的電阻，直到振蕩停止。這種方法模擬“最差情況下的石英”，并揭示特定振蕩器電路中石英的最大容許阻抗。

以這種方式確定的最大阻抗與晶體的ESR，max之比最終得出振蕩安全系數(shù)(OSF)。

對(duì)于MHz晶體(AT切割)對(duì)于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，大于5的OSF被認(rèn)為是足夠的。對(duì)于與安全相關(guān)的應(yīng)用，例如汽車行業(yè)或醫(yī)療技術(shù)，通常要求OSF大于10。

對(duì)于KHz晶振，OSF值在3到5之間就已經(jīng)被評(píng)為良好，大于5的則被評(píng)為非常好，這是因?yàn)檫@些電路的設(shè)計(jì)功耗非常低。

驅(qū)動(dòng)電平

為了防止石英過載，需要確定是哪種功率作用在石英上。為此，第一步是使用高頻電流鉗測(cè)量流經(jīng)石英的電流強(qiáng)度(圖2)。從這個(gè)測(cè)量結(jié)果和已經(jīng)確定的電路參數(shù)計(jì)算石英的“驅(qū)動(dòng)電平”。驅(qū)動(dòng)電平不得超過石英數(shù)據(jù)表中規(guī)定的最大值。

圖2:為了計(jì)算驅(qū)動(dòng)水平，測(cè)量流過石英晶體的電流

超過最大驅(qū)動(dòng)電平可能會(huì)導(dǎo)致頻率偏差，或者在最糟糕的情況下，甚至?xí)?dǎo)致石英發(fā)生故障。

調(diào)整振蕩器電路

通過所有三項(xiàng)測(cè)試的振蕩器電路可以放心地集成到目標(biāo)應(yīng)用中。但是，如果測(cè)試顯示有缺陷，則必須調(diào)整電路。例如，如果頻率精度有問題，電路中負(fù)載電容的變化可以減小電路CL和標(biāo)稱CL從而提高頻率精度。有時(shí)也需要將原來安裝的晶體更換為另一種類型。

對(duì)電路的任何改動(dòng)都意味著必須重新進(jìn)行這里列出的所有測(cè)試。這使得尋找石英和電路之間的完美匹配成為一項(xiàng)需要幾個(gè)小時(shí)的修補(bǔ)工作。由于組件的尺寸很小，許多工作都是在顯微鏡下完成的。