大家好，我是硬件微講堂。這是在電子星球的第21篇原創(chuàng)文章。為避免錯(cuò)過(guò)干貨內(nèi)容，一定記得點(diǎn)贊、收藏、分享喲。加微信hardware_lecture進(jìn)群溝通交流。
關(guān)于晶體，已經(jīng)發(fā)過(guò)兩篇，主要講了關(guān)鍵術(shù)語(yǔ) 和 頻偏計(jì)算：
①晶體在使用過(guò)程中需要注意哪些點(diǎn)？(一)-- 關(guān)鍵參數(shù)
②晶體在使用過(guò)程中需要注意哪些點(diǎn)？(二)--PCB板實(shí)際頻偏計(jì)算
前幾天看到有粉絲留言讓講一下“無(wú)源晶體起振的條件”，這是個(gè)不錯(cuò)的問(wèn)題，我覺(jué)得有必要聊聊，所以就有了這第3篇文章。
1、一道面試題
照例，先拋出來(lái)一道面試題：“PCB板上的晶體不起振，可能是什么原因？”。這個(gè)問(wèn)題比較常規(guī)，筆試題中標(biāo)的概率比較高，實(shí)際使用時(shí)也可能會(huì)碰到這類問(wèn)題。如何回答，10秒時(shí)間自己先思考下。
2、負(fù)性阻抗(-R)是什么？
要回答這個(gè)問(wèn)題，我覺(jué)得有必要先搞清楚什么是晶體的負(fù)性阻抗。
負(fù)性阻抗，英文:Negative Resistance；簡(jiǎn)寫:-R；單位:Ω。在網(wǎng)上搜了下，找到如下描述。
負(fù)性阻抗是指從石英晶體共振子的二個(gè)端子往振蕩線路看過(guò)去，所得到振蕩線路在振蕩頻率時(shí)的阻抗特性值。 -- 源自網(wǎng)絡(luò)
還有一種解釋，是從Murata網(wǎng)站看到的。
負(fù)性阻抗是指用阻抗表示的振蕩電路的信號(hào)放大能力。 --Murata 網(wǎng)站
這兩個(gè)定義，看起來(lái)都比較偏學(xué)術(shù)，不太通俗。我個(gè)人傾向于Murata的解釋。大家知道大概意思就行了，不必糾結(jié)，重點(diǎn)是下面的內(nèi)容。
3、(-R) 能做什么？
上面的定義，你可以不理解不清楚，但是下面這個(gè)你必須搞清楚弄明白。
敲黑板，這才是重點(diǎn)?。?！
負(fù)性阻抗(-R)用于表征振蕩裕量，即從振蕩到振蕩停止的裕量。
負(fù)性阻抗(-R)不是晶體的內(nèi)部參數(shù)， 而是PCB電路的實(shí)測(cè)值，是晶體在PCB線路設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，可用于判斷晶體振蕩電路的穩(wěn)定性。
如果在PCB上測(cè)出來(lái)的負(fù)性阻抗偏小，則表示該晶體振蕩器的線路設(shè)計(jì)起振裕量不足，設(shè)計(jì)不合理。
4、(-R) 測(cè)量方法及步驟
說(shuō)完負(fù)性阻抗(-R)的作用，再說(shuō)下它的測(cè)量方法。
上圖為負(fù)性阻抗測(cè)試的示意圖。圖中，Xtal是晶體，Rf是負(fù)反饋電阻，Rd是限流電阻，CL1/CL2是外部匹配電容，Vr是可調(diào)電阻。
負(fù)性阻抗(-R)的測(cè)試步驟：
①將可調(diào)電阻Vr與晶體串聯(lián)接入回路，如上圖。Vr是我們?yōu)榱藴y(cè)試負(fù)性阻抗，刻意添加進(jìn)去的。
②調(diào)節(jié)可變電阻Vr，使回路起振或停振。當(dāng)回路剛停振時(shí)，測(cè)試Vr的阻值；
③通過(guò)公式|-R|=RL+Vr，計(jì)算得到負(fù)性阻抗值。
特別說(shuō)明：RL是晶體加負(fù)載電容的諧振阻抗，不是ESR。網(wǎng)上看有些文章，直接寫|-R|=ESR+Vr，這是不對(duì)的，不要被誤導(dǎo)。
5、(-R) 阻值定量分析
根據(jù)上面的測(cè)量，此時(shí)已經(jīng)得出負(fù)性阻抗(-R)的阻值|-R|。
既然負(fù)性阻抗|-R|偏小表示晶體起振裕量不足，那|-R|阻值多少才算是一個(gè)合理值呢？
現(xiàn)在我們從定性分析已經(jīng)進(jìn)階到定量分析，繼續(xù)往下看。
至少是規(guī)格書標(biāo)稱ESR的5倍，才合適！阻值越大，振蕩裕量越高，說(shuō)明振蕩越穩(wěn)定。
6、實(shí)際案例
上面講的一大堆，都是理論知識(shí)。如果僅僅這樣就結(jié)束本篇文章，那太不符合“硬件微講堂”貼近實(shí)戰(zhàn)的秉性，更體現(xiàn)不出來(lái)專業(yè)性。
上圖是某品牌的晶體匹配測(cè)試報(bào)告中負(fù)性阻抗(-R)和振蕩裕量計(jì)算部分。
可以看出：可調(diào)電阻R實(shí)測(cè)值為769Ω，RL為10Ω，則負(fù)性阻抗|-R|=779Ω。而該晶體標(biāo)稱的ESR(max)=60Ω，則振蕩裕量(倍率)=|-R|/ESR=12.98倍，大于要求的5倍，滿足起振要求。
7、晶體不起振的原因…
再回到文章開頭提到的面試題“PCB板上的晶體不起振，可能是什么原因？”，負(fù)性阻抗偏小，振蕩裕量不夠，就是一個(gè)可能性比較大的原因。但這并不是唯一的原因，還有其他原因么？
當(dāng)然有，其他原因有哪些，歡迎你在留言區(qū)交流。
8、晶體不起振，如何調(diào)整？
這也是一個(gè)不錯(cuò)的問(wèn)題，我說(shuō)2種方法：
方法①：減小外部匹配電容CL1/CL2，以增大負(fù)性阻抗；
方法②：更換標(biāo)稱值ESR更小的晶體，以增大振蕩裕量；
歡迎你在留言區(qū)交流調(diào)整措施。
9、總結(jié)
聊到這里，今天要說(shuō)的也差不多了，總結(jié)下今天聊的內(nèi)容：
①(-R)是指用阻抗表示的振蕩電路的信號(hào)放大能力；
②(-R)用于表征振蕩裕量，即從振蕩到振蕩停止的裕量；
③(-R)不是晶體的內(nèi)部參數(shù)， 而是PCB電路的實(shí)測(cè)值；
④(-R)可用于判斷晶體振蕩電路的穩(wěn)定性；
⑤(-R)的測(cè)試環(huán)境示意圖和測(cè)試步驟；
⑥(-R)的計(jì)算公式：|-R|=RL+Vr，特別說(shuō)明RL不是ESR；
⑦(-R)的定量分析：至少是規(guī)格書標(biāo)稱ESR的5倍，才合適！
⑧晶體不起振的原因：可能的原因之一是負(fù)性阻抗偏小，振蕩裕量不夠。
附加題：
⑨晶體不起振的原因，除了負(fù)性阻抗偏小，其他還有哪些原因？歡迎留言交流。
⑩晶體不起振，如何調(diào)整？已給出2種方法，歡迎留言交流。
怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，給出的回答可淺可深。我的助攻只能到這里，能否晉升到陸地神仙境，一劍開天門，就看你的造化了！
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