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許多工程師在設(shè)計(jì)振蕩器電路時(shí)并沒有花太多心思在晶振上。對(duì)他們來說，這是一個(gè)非常經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)電路。事實(shí)上，事情并沒有那么簡單。振蕩器電路作為單片機(jī)系統(tǒng)的的心跳，它需要晶振與其其他組件之間的仔細(xì)匹配。否則生成頻率的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響，應(yīng)用程序甚至可能在現(xiàn)場(chǎng)失效。在進(jìn)行降本或者查找國產(chǎn)替代物料時(shí)，我們也經(jīng)常會(huì)遇到關(guān)于晶振的類似問題：更換晶振后單片機(jī)工作正常是否就可以了？還有沒有其他的參數(shù)需要考察的？為了解答各位的疑惑，我們對(duì)客戶的振蕩器電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析，旨在實(shí)現(xiàn)晶體和電路之間的最佳匹配。針對(duì)晶振的參數(shù)，除了振蕩頻率，其實(shí)我們更關(guān)心下面的三個(gè)參數(shù)：

1) 頻率精度

2) 振蕩安全系數(shù) (OSF)

3) 驅(qū)動(dòng)電平

一：頻率精度

振蕩器電路的主要任務(wù)是在整個(gè)應(yīng)用期間和所有環(huán)境條件下產(chǎn)生穩(wěn)定和準(zhǔn)確的頻率。頻率精度的單位是PPM，代表百萬分之一，即1/1000000。晶振調(diào)整頻差最常用的就是±10PPM、±20PPM和±30PPM，這個(gè)數(shù)值越小說明晶振精度越高。頻差的選擇是基于數(shù)碼產(chǎn)品類型而定，比如網(wǎng)絡(luò)通信類電子產(chǎn)品對(duì)晶振的精度要求比較高，通常為±10PPM居多。在使用過程中，振蕩器電路的總負(fù)載電容CL和晶振的標(biāo)稱負(fù)載電容CL是影響頻率精度的主要因素。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 (標(biāo)稱 CL) 或理想匹配。因此，電路分析的第一步是確定石英晶體在其兩個(gè)端子“實(shí)際測(cè)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，因此需要使用放置在電路上方一小段距離處的近場(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，并使用晶體網(wǎng)絡(luò)分析儀在標(biāo)稱 CL 下進(jìn)行測(cè)量。總 CL 與晶振標(biāo)稱 CL 的偏差越大，頻率偏差越大。干貨：在進(jìn)行晶振替換時(shí)，首先需要確定PPM即晶振的標(biāo)稱負(fù)載電容與原來晶振的負(fù)載電容相差有多少。當(dāng)然溫度等外界環(huán)境條件對(duì)晶振的影響也是影響頻率精度的一個(gè)重要的因素。

二：振蕩安全系數(shù)

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，分析集中在電路內(nèi)的電子電阻上。

如上圖 所示，電路中內(nèi)置了一個(gè)新的附加電阻器 (R Pot)，與石英串聯(lián)。然后逐步增加 RPot的電阻，直到振蕩停止。該方法可以模擬“最壞情況下”晶振所允許的最大阻抗。以這種方式確定的最大阻抗與晶體的 ESRmax 之比最終得出振蕩安全系數(shù) (OSF)。如下圖中晶振的參數(shù)手冊(cè)。

對(duì)于MHz的晶體 ，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，例如汽車行業(yè)或醫(yī)療技術(shù)中的應(yīng)用，通常需要大于 10 的 OSF。對(duì)于KHz的晶體，3 到 5之間的 OSF 值必須已經(jīng)被評(píng)為良好，大于 5 的值必須被評(píng)為非常好，因?yàn)檫@些電路的設(shè)計(jì)功率非常低干貨：進(jìn)行晶振替代時(shí)，可以通過對(duì)比在電路中OSF的數(shù)值來確定新晶振與舊晶振的安全系數(shù)的關(guān)系。

三：驅(qū)動(dòng)電平

為了防止晶振過載，確定其工作在晶振上的電源。為此，第一步是使用電流鉗測(cè)量流過石英的電流強(qiáng)度。石英的“驅(qū)動(dòng)電平”是根據(jù)該測(cè)量結(jié)果和已經(jīng)確定的電路參數(shù)計(jì)算得出的。驅(qū)動(dòng)電平不得超過石英數(shù)據(jù)表中指定的最大值。

超過最大驅(qū)動(dòng)電平可能導(dǎo)致頻率偏差，或者在最壞的情況下，甚至導(dǎo)致晶振故障。如下圖中是某款晶振的驅(qū)動(dòng)水平。

干貨：對(duì)于同一個(gè)電路，使用上圖中測(cè)量的電流相差越小，代表更換晶振帶來的風(fēng)險(xiǎn)越小。也可以通過對(duì)比新舊晶振的驅(qū)動(dòng)電平來決定，參數(shù)越接近，更換晶振所帶來的風(fēng)險(xiǎn)最小。

四：調(diào)整電路

通過上面的三個(gè)測(cè)試，并找到了相對(duì)比較滿意的晶振就可以放心到應(yīng)用到自己的產(chǎn)品中。但是，若迫于無奈，只能選擇某款測(cè)試參數(shù)并不太滿足的晶振時(shí)，就必須調(diào)整電路。例如，如果頻率精度有問題，電路中負(fù)載電容的變化可以減小電路CL與晶振標(biāo)稱CL之間的差異，從而提高頻率精度。

以上對(duì)晶振的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了簡要的講解，希望有助于幫助到各位。可以在本公眾號(hào)內(nèi)回復(fù)【晶振】【振蕩器電路】獲取更多這方面的資料和內(nèi)容。