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檢查Oscillator電路中最重要的測試程序

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2020-06-05 10:46:54【大中小】

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不知道大家有沒有考慮過一個問題,為什么石英晶體振蕩器的性能這么高,還可以這么穩定,其實是因為在出廠之前,制造商就已經對每一顆晶振都進行過測試,確保沒有問題才會交到客戶手中.不同廠家的測試流程和方式都不一樣,為了方便給大家計劃,我們選擇了一個范本,出自Jauch晶振公司的其中一篇技術文章中,原標題是《振蕩器電路:最重要的測試程序》.以下是金洛鑫電子整理好的資料內容.

許多工程師在設計振蕩器電路時并沒有在石英晶體上花費太多精力.對于他們來說,這是一個仍然可以正常工作的標準功能.實際上,這并不是那么簡單.振蕩器電路設置了應用的心跳,并且需要在石英晶體及其其他組件之間進行仔細匹配.否則,產生的頻率的準確性會受到影響,甚至在現場應用可能會失敗.Jauch晶振希望為客戶避免此類問題.因此,我們對客戶的振蕩器電路進行了詳細分析,目的是使晶體和電路之間達到最佳匹配.在所謂的”OSF測試”過程中,將檢查以下三個參數:

1)頻率精度

2)振蕩安全系數(OSF)

3)驅動器級別

頻率精度:

振蕩器電路的主要任務是在整個應用周期內和所有環境條件下產生穩定且準確的頻率.為此,振蕩器電路的總負載電容(CL)必須盡可能接近晶體的標稱負載電容(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端子處”看到”的總負載電容(CL).由于與電路的任何直接接觸都會使測量結果失真,因此,可以使用放置在電路上方一小段距離的近場探頭,在不接觸的情況下進行測量.然后將晶體從電路中焊接出來,并用Crystal Network Analyzer在標稱CL下進行測量.總CL與晶體標稱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,可以確定需要進行哪些校正才能提高電路的頻率精度.

振蕩安全系數(OSF):

在第二步驟中,檢查振蕩器電路的振蕩安全性.該術語描述了電路在所有可能的環境條件下快速可靠地啟動的能力.因此,分析著重于電路內的電子電阻.如圖1所示,電路中與石英串聯了一個新的附加電阻(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),帶有一個額外的電阻來計算OSF

以此方式確定的最大阻抗與晶體的ESR,max之比最終導致振蕩安全系數(OSF).對于MHz晶體(AT-Cut),對于大多數標準應用來說,大于5的OSF被認為是足夠的.對于與安全相關的應用,例如在汽車領域或醫療技術中發現的應用,通常需要OSF大于10.對于32.768K晶振,由于這些電路的設計功耗極低,因此必須已經將OSF值定為3至5,大于5則定為非常好.

驅動等級:

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)測量流過石英的電流強度.根據該測量結果和已經確定的電路參數來計算石英的“驅動電平”.驅動級別不得超過石英數據表中指定的最大值.

圖2:為了計算驅動電平,需要測量流過石英晶體的電流.

超過最大驅動電平可能會導致頻率偏差,或者在最壞的情況下甚至會導致石英故障.

調整振蕩器電路:

通過所有三個測試均令人滿意的振蕩器電路可以很好地集成到預期的應用中.但是,如果測試發現缺陷,則必須對電路進行調整.例如,如果有與頻率精度,在電路中的負載電容的變化可以減少電路C之間的差的問題大號和標稱?大號石英晶體,從而提高頻率精度.有時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行此處列出的所有測試.這使得尋找石英與電路之間的完美匹配成為一項費時的工作.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測試后,Jauch為客戶提供了詳細的貼片晶振測試報告.該報告包含所有重要的測量值,并且,如果需要,還包含有關調整電路的明確建議.這樣,通常在開始批量生產之前就可以發現并避免任何問題.

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