檢查Oscillator電路中最重要的測(cè)試程序

不知道大家有沒有考慮過一個(gè)問題,為什么石英晶體振蕩器的性能這么高,還可以這么穩(wěn)定,其實(shí)是因?yàn)樵诔鰪S之前,制造商就已經(jīng)對(duì)每一顆晶振都進(jìn)行過測(cè)試,確保沒有問題才會(huì)交到客戶手中.不同廠家的測(cè)試流程和方式都不一樣,為了方便給大家計(jì)劃,我們選擇了一個(gè)范本,出自Jauch晶振公司的其中一篇技術(shù)文章中,原標(biāo)題是《振蕩器電路:最重要的測(cè)試程序》.以下是金洛鑫電子整理好的資料內(nèi)容.

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費(fèi)太多精力.對(duì)于他們來說,這是一個(gè)仍然可以正常工作的標(biāo)準(zhǔn)功能.實(shí)際上,這并不是那么簡(jiǎn)單.振蕩器電路設(shè)置了應(yīng)用的心跳,并且需要在石英晶體及其其他組件之間進(jìn)行仔細(xì)匹配.否則,產(chǎn)生的頻率的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響,甚至在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可能會(huì)失敗.Jauch晶振希望為客戶避免此類問題.因此,我們對(duì)客戶的振蕩器電路進(jìn)行了詳細(xì)分析,目的是使晶體和電路之間達(dá)到最佳匹配.在所謂的”OSF測(cè)試”過程中,將檢查以下三個(gè)參數(shù):

1)頻率精度

2)振蕩安全系數(shù)(OSF)

3)驅(qū)動(dòng)器級(jí)別

頻率精度:

振蕩器電路的主要任務(wù)是在整個(gè)應(yīng)用周期內(nèi)和所有環(huán)境條件下產(chǎn)生穩(wěn)定且準(zhǔn)確的頻率.為此,振蕩器電路的總負(fù)載電容(CL)必須盡可能接近晶體的標(biāo)稱負(fù)載電容(nominalCL)或與之理想匹配.

因此,電路分析的第一步是確定石英晶體在其兩個(gè)端子處”看到”的總負(fù)載電容(CL).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,可以使用放置在電路上方一小段距離的近場(chǎng)探頭,在不接觸的情況下進(jìn)行測(cè)量.然后將晶體從電路中焊接出來,并用Crystal Network Analyzer在標(biāo)稱CL下進(jìn)行測(cè)量.總CL與晶體標(biāo)稱CL的偏差越大,頻率偏差就越大.但是,通過檢查分析儀中的晶體,可以確定需要進(jìn)行哪些校正才能提高電路的頻率精度.

振蕩安全系數(shù)(OSF):

在第二步驟中,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)境條件下快速可靠地啟動(dòng)的能力.因此,分析著重于電路內(nèi)的電子電阻.如圖1所示,電路中與石英串聯(lián)了一個(gè)新的附加電阻(RPot).然后逐步增加RPot的電阻,直到振蕩停止.這種方法模擬了”最壞情況的石英”,并揭示了特定振蕩器電路中石英的最大允許阻抗. 

圖1:典型的振蕩電路(皮爾斯配置),帶有一個(gè)額外的電阻來計(jì)算OSF

以此方式確定的最大阻抗與晶體的ESR,max之比最終導(dǎo)致振蕩安全系數(shù)(OSF).對(duì)于MHz晶體(AT-Cut),對(duì)于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用來說,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,例如在汽車領(lǐng)域或醫(yī)療技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用,通常需要OSF大于10.對(duì)于32.768K晶振,由于這些電路的設(shè)計(jì)功耗極低,因此必須已經(jīng)將OSF值定為3至5,大于5則定為非常好.

驅(qū)動(dòng)等級(jí):

為了防止石英過載,確定作用在石英上的功率.為此,第一步是使用HF電流鉗(圖2)測(cè)量流過石英的電流強(qiáng)度.根據(jù)該測(cè)量結(jié)果和已經(jīng)確定的電路參數(shù)來計(jì)算石英的“驅(qū)動(dòng)電平”.驅(qū)動(dòng)級(jí)別不得超過石英數(shù)據(jù)表中指定的最大值. 

圖2:為了計(jì)算驅(qū)動(dòng)電平,需要測(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,或者在最壞的情況下甚至?xí)?dǎo)致石英故障.

調(diào)整振蕩器電路:

通過所有三個(gè)測(cè)試均令人滿意的振蕩器電路可以很好地集成到預(yù)期的應(yīng)用中.但是,如果測(cè)試發(fā)現(xiàn)缺陷,則必須對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整.例如,如果有與頻率精度,在電路中的負(fù)載電容的變化可以減少電路C之間的差的問題大號(hào)和標(biāo)稱?大號(hào)石英晶體,從而提高頻率精度.有時(shí)也有必要用另一種類型替換原來安裝的晶體.

電路的任何更改都意味著必須再次執(zhí)行此處列出的所有測(cè)試.這使得尋找石英與電路之間的完美匹配成為一項(xiàng)費(fèi)時(shí)的工作.由于組件的尺寸很小,因此許多工作都是在顯微鏡下完成的.在完成OSF測(cè)試后,Jauch為客戶提供了詳細(xì)的貼片晶振測(cè)試報(bào)告.該報(bào)告包含所有重要的測(cè)量值,并且,如果需要,還包含有關(guān)調(diào)整電路的明確建議.這樣,通常在開始批量生產(chǎn)之前就可以發(fā)現(xiàn)并避免任何問題.

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