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用最简单的术语阐述村田晶振振荡原理

来源:http://www.taiheth.com 作者:泰河电子 2017年10月01

  村田晶振公司的晶体谐振器采用与一般晶体谐振器有着不同的封装构造。相对于一般的晶体谐振器采用空穴构造的陶瓷封装,村田的石英晶体谐振器采用陶瓷振荡子中具有多年市场实际业绩的平面构造的氧化铝基板和金属帽相结合的构造。通过采用通用性高平面构造氧化铝基板、金属帽,与传统的晶体谐振器相比,降低材料费用的同时,可提高供给的稳定性和增产的对应能力。


  传统的晶体谐振器应用陶瓷空穴做基板,紧接加上石英晶体成份用金属或者陶瓷板密封.以传统的方法制作成一个简单的石英晶体谐振器.而如今村田晶振制作所采用更高端化,产品更独特化手段制作生产石英晶振.传统模式的陶瓷空穴做基板更改 为陶瓷平板,内附一层薄膜再加石英晶体片,外附金属帽密封制作成型的晶振.
  而今天需要讲述的是用最简单的术语阐述村田晶振振荡原理.实指振荡停止的裕量,这是村田晶振振荡电路中最重要的术语。该裕量是以晶体谐振器电阻为基础的比值,表明振荡电路放大能力的大小。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。
  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: 规范中规定的晶体谐振器等效串联电阻最大值。
  请参考晶体谐振器目录或数据表中的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。
  而对于村田晶振振荡裕量的测试方法,我们可以分别用两个不同的方法测试.

  1. 测量要求

    • PCB

    • 晶体谐振器 (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. 将电阻串联到晶体谐振器上,并检查振荡电路是否工作。
    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
    公式计算

  7. 通过以下公式计算负阻|-R|: 
    公式计算

  而另一个则是一个非常简单的方法来查看一下振荡裕量是否超过5倍。1.准备一个晶体谐振器等效串联电阻额定电阻5倍的电阻器。2.将准备好的电阻器串联到晶体谐振器上。3.检查振荡电路是否正常工作。

  然后判断: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。

振荡电路: 测量负阻
常规振荡电路
通常由C-MOS逆变器 (包括MCU) 、反馈电阻 (通常包括MCU) 、阻尼电阻、外部负载电容和晶体谐振器组成振荡电路。
↓
 
振荡电路: 测量负阻 (简单方法)
振荡电路: 测量负阻
 
在测量负阻时,将电阻串联到晶体谐振器上。
这个串联电阻并不在实际中使用。
 
振荡电路: 测量负阻 (简单方法)
振荡电路: 测量负阻 (简单方法)
例如: 确定振荡裕量是否超过5的简单方法。
在这种情况下,等效串联电阻的额定值是100ohm。
在晶体谐振器上串联510ohm电阻。
在此条件下,检查电路是否能保持振荡。
如果振荡可以启动并持续,那么这个电路的振荡裕量就超过了5倍。
需要注意
  • 影响振荡裕量的不仅是晶体谐振器特性,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。

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