村田无源晶振使用指南及注意事项

       村田无源晶振使用的场合特别多,大部分电路中都会使用到,这也是工程师在做电路设计中,需要了解了注意的一些问题。首先我们需要了解村田无源晶振有哪些基本特性,其次,我们需要知道村田无源晶振在使用中的基本公式等。

  影响无源晶振稳定性的主要有以下几个参数:驱动功率、负载电容和负性阻抗。图一为无源晶振的基本电路。外部的无源晶振、匹配电容和IC内部的驱动部分一起组成整个的振荡电路。

  1)驱动功率

  驱动功率表示振荡晶体单元所需的电功率。如果驱动功率太小不足以驱动无源晶振,则会导致晶振不起振;如果驱动功率过大,则会导致输出频率偏移。这是因为功率过大会造成晶体的应力,从而导致温度升高。如果在晶体单元上施加过多的驱动功率,可能会使晶体恶化甚至损坏其特性。驱动功率可以通过下面的公式计算:

  DriveLevel=I²•Re(W)

  其中,I表示通过晶体单元的电流,Re表示晶体单元的等效电阻。

  那么如何避免这种问题呢?电阻RD常用来防止晶振被过分驱动,可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测到非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RD来防止晶振被过分驱动。判断电阻RD大小的最简单的方法就是串联一个微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不在被削平为止,通过此办法就可以找到最接近的电阻RD值。

  2)负载电容

  理论上,当无源晶振电路的等效电容等于负载电容时,无源晶振输出的频率最准确。而电容具有充放电的功能,电容容值越大,放电越慢,电容容值越小,放电越快。如果测得的实际频率比理论值偏小,说明振荡器振荡频率偏慢,电容的放电太慢,等效电容大于负载电容,需要降低外部的匹配电容。负载电容公式如下:

  CL=(CG//CD)+CS

  即:CL=[(CGxCD)/(CG+CD)]+CS

  其中,CG、CD表示匹配电容,CS表示杂散电容。

  频率容限和负载电容的特性关系,负载电容越大,频率容限越小,输出的频率越容易调准。

  3)负性阻抗

  负性阻抗是用来评价振荡回路品质(Q)的指标。在某些情况下(老化,温度变化,电压变化…等),振荡回路会失效,回路可能不起振,因此负性阻抗(Negativeresistance,-R)的确认就变得相对重要。稳定的振荡回路,负性阻抗(-R)至少为Crystal阻抗的5倍以上。

  1>串联电阻R到Crystal的输出端(Xout);

  2>调整R值,使Crystal由起振至停止振荡;

  3>当电路由起振至停止振荡时,测量R值;

  4>得到负性阻抗|-R|=R+Re,Re=R1(1+C0/CL)^2,R1就是ESR的值。

  通过上面的分析,负载电容CL是非常重要的因素。例如,负载电容小的晶体,驱动功率小,消耗电流小,启动时间短,容易起振,同时也使频率容限大和更坏的频率稳定度。因此在无源晶振选型时,需要充分考虑到这些特性,这样才能设计出可靠的产品。

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