晶體振蕩器電路“OSF測試”是...

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)太多的精力。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，這并不是那么簡單。

2021-09-01 14:59:57深圳恒譽(yù)信電子有限公司

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)場應(yīng)用可能會(huì)失敗。

為避免發(fā)生此類問題，前期需要對(duì)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)到比較好匹配。在所謂的“ OSF測試”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)用周期和所有環(huán)境條件下產(chǎn)生穩(wěn)定、準(zhǔn)確的頻率。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，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），或者理想地與之匹配。

因此，電路分析的第一步是確定石英晶體在其兩端“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)使測量結(jié)果不真實(shí)，因此在不接觸的情況下使用近場探頭進(jìn)行測量，該探頭位于電路上方的一小段距離處。然后將晶體焊接出電路，并用晶體網(wǎng)絡(luò)分析儀在標(biāo)稱CL下進(jìn)行測量。總CL與晶體標(biāo)稱CL的偏差越大，頻率偏差就越大。但是，通過在分析儀中檢查晶體，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)新的附加電阻器（R Pot）。然后逐步增加R Pot的電阻，直到振蕩停止。這種方法模擬了“比較壞情況的石英”，并揭示了特定振蕩器電路中石英的比較大允許阻抗。

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

以此方式確定的比較大阻抗與晶體的ESR，max之比較終導(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)用而言，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KHz晶體，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。

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驅(qū)動(dòng)等級(jí)

為了防止石英過載，要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(qiáng)度。根據(jù)測量結(jié)果和已經(jīng)確定的電路參數(shù)計(jì)算出石英的“驅(qū)動(dòng)電平”。驅(qū)動(dòng)級(jí)別不得超過石英數(shù)據(jù)表中指定的比較大值。

圖2：為了計(jì)算驅(qū)動(dòng)電平，需要測量流過石英晶體的電流。

超過比較大驅(qū)動(dòng)電平可能會(huì)導(dǎo)致頻率偏差，或者在較壞的情況下甚至?xí)?dǎo)致石英故障。

調(diào)整振蕩器電路

通過這三個(gè)測試，振蕩器電路可以良好地集成到預(yù)期的應(yīng)用程序中。但是，如果測試發(fā)現(xiàn)有缺陷，則必須對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。例如，如果頻率精度有問題，則電路中負(fù)載電容的變化可以減小電路CL和石英晶體的標(biāo)稱CL之間的差異，從而提高頻率精度。有時(shí)也有必要用另一種類型的晶體來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試。這使得尋找石英和電路之間的完美匹配成為一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。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。這樣，在開始批量生產(chǎn)之前就可以發(fā)現(xiàn)并避免任何問題。